BR112019019990B1 - LASER MARKED GRAIN ORIENTED SILICON STEEL RESISTANT TO STRESS RELIEF ANNEAL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME - Google Patents
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Abstract
Um aço silício de grão orientado marcado a laser resistente a um recozimento de alívio de tensão e um método de fabricação do mesmo. Ranhuras lineares paralelas (20) são formadas em um ou em ambos os lados de aço silício de grão orientado (10) por gravação a laser. As ranhuras lineares (20) são perpendiculares a, ou em um ângulo para, a direção de laminação da chapa de aço. Uma altura máxima das protuberâncias das arestas das ranhuras lineares (20) não excede 5 μm, e uma altura máxima dos salpicos em regiões livres de gravação entre ranhuras lineares adjacentes (20) não excede 5 μm, e a proporção de uma área ocupada por salpicos na proximidade das ranhuras lineares (20) não excede 5%. O aço tem baixos custos de fabricação, e o efeito de gravação do aço acabado é retido durante um processo de recozimento de alívio de tensão. O aço é adequado para a fabricação de transformadores de núcleo de ferro enrolado.A laser marked grain oriented silicon steel resistant to stress relief annealing and a method of manufacturing the same. Parallel linear grooves (20) are formed on one or both sides of grain-oriented silicon steel (10) by laser engraving. The linear grooves (20) are perpendicular to, or at an angle to, the rolling direction of the steel sheet. A maximum height of the protrusions of the edges of the linear grooves (20) does not exceed 5 μm, and a maximum height of the splashes in recording-free regions between adjacent linear grooves (20) does not exceed 5 μm, and the proportion of an area occupied by splashes in the vicinity of the linear grooves (20) does not exceed 5%. The steel has low manufacturing costs, and the etching effect of the finished steel is retained during a stress-relief annealing process. The steel is suitable for manufacturing iron core wound transformers.
Description
[001] A presente invenção refere-se a aço silício de grão orientado e a um método de fabricação do mesmo, e particularmente a aço silício de grão orientado marcado a laser resistente a recozimento de alívio de tensões e a um método de fabricação do mesmo.[001] The present invention relates to grain-oriented silicon steel and a method of manufacturing the same, and particularly to laser-marked grain-oriented silicon steel resistant to stress relief annealing and a method of manufacturing the same. .
[002] Nos últimos anos, a energia global e as questões ambientais tornaram-se cada vez mais proeminentes, e a demanda por conservação de energia e redução de consumo está aumentando em todo o mundo. Como resultado, os padrões de consumo de energia dos equipamentos têm sido geralmente elevado nos países, a fim de reduzir o consumo de potência reativa de vários tipos de equipamentos. Atualmente, os transformadores, como componente básico dos sistemas de transmissão de potência, respondem por cerca de 40% da perda do sistema de transmissão de potência. O núcleo de ferro produzido pela laminação ou enrolamento de aço silício de grão orientado tem um consumo de potência reativa que responde por cerca de 20% da perda total sob condições de trabalho. A perda do núcleo de ferro é muitas vezes referida como perda de ferro. Pode-se observar que a redução da perda de ferro do aço silício orientado para grãos é de grande importância para a economia nacional e para a proteção ambiental.[002] In recent years, global energy and environmental issues have become increasingly prominent, and the demand for energy conservation and consumption reduction is increasing around the world. As a result, equipment power consumption standards have generally been raised across countries in order to reduce the reactive power consumption of various types of equipment. Currently, transformers, as a basic component of power transmission systems, account for around 40% of the loss of the power transmission system. The iron core produced by rolling or winding grain-oriented silicon steel has a reactive power consumption that accounts for about 20% of the total loss under working conditions. Loss of the iron core is often referred to as iron loss. It can be seen that reducing iron loss from grain-oriented silicon steel is of great importance to the national economy and environmental protection.
[003] O aço silício de grão orientado é um material ferromagnético, que é nomeado após a orientação interna do grão {110} <001> ser substancialmente consistente com a direção de laminação do aço silício em uma chapa de aço. O aço silício de grão orientado é amplamente usado na fabricação de transformadores para transmissão de potência devido à sua melhor permeabilidade magnética na direção {110} <001>. A permeabilidade magnética do aço silício de grão orientado é geralmente caracterizada por B8, ou seja, a densidade do fluxo magnético da chapa de aço silício em um campo magnético de excitação de 800 A/m, em unidades de T. A perda de ferro é geralmente caracterizada por P17/50, isto é, a energia elétrica ineficaz consumida pela magnetização quando a densidade do fluxo magnético na chapa de aço silício atinge 1,7T em um campo de excitação AC de 50 Hz, em unidades de W/kg. Em geral, B8 e P17/50 caracterizam as propriedades fundamentais do aço silício de grão orientado sob as condições de operação dos transformadores.[003] Grain-oriented silicon steel is a ferromagnetic material, which is named after the internal grain orientation {110} <001> is substantially consistent with the rolling direction of silicon steel on a steel sheet. Grain-oriented silicon steel is widely used in the manufacture of transformers for power transmission due to its better magnetic permeability in the {110} <001> direction. The magnetic permeability of grain-oriented silicon steel is generally characterized by B8, i.e., the magnetic flux density of the silicon steel sheet in an excitation magnetic field of 800 A/m, in units of T. The iron loss is generally characterized by P17/50, that is, the ineffective electrical energy consumed by magnetization when the magnetic flux density in the silicon steel sheet reaches 1.7T in a 50 Hz AC excitation field, in units of W/kg. In general, B8 and P17/50 characterize the fundamental properties of grain-oriented silicon steel under transformer operating conditions.
[004] O processo geral de fabricação de aço silício de grão orientado é como segue.[004] The general process of manufacturing grain-oriented silicon steel is as follows.
[005] O material de aço tendo determinado teor de silício é submetido à fabricação de ferro, fabricação de aço, lingotamento contínuo, e então submetido a processo de laminação a quente. Em seguida, laminação a frio única ou laminação a frio dupla é realizada com recozimento intermediário para laminar o material de aço para uma espessura desejada. Então, o recozimento de descarbonetação é realizado para obter uma chapa de aço primária recristalizada tendo um filme de óxido em sua superfície. Em seguida, a chapa de aço é revestida com um separador à base de MgO na superfície e sujeita a recozimento em alta temperatura durante 20 horas ou mais, formando uma chapa de aço silício de grão orientado com uma estrutura secundária de recristalização. Em seguida, o estiramento a quente, laminação de encruamento e recozimento são realizados, um revestimento é aplicado e um processo de cozimento (baking process) é realizado, produzindo um aço silício de grão orientado acabado. O aço silício de grão orientado tem as características de alta indução magnética e baixa perda de ferro, e é particularmente adequado para a fabricação de um núcleo de ferro de transformador.[005] The steel material having a certain silicon content is subjected to ironmaking, steelmaking, continuous casting, and then subjected to hot rolling process. Then single cold rolling or double cold rolling is carried out with intermediate annealing to roll the steel material to a desired thickness. Then, decarburization annealing is carried out to obtain a recrystallized primary steel sheet having an oxide film on its surface. Next, the steel sheet is coated with a MgO-based separator on the surface and subjected to high-temperature annealing for 20 hours or more, forming a grain-oriented silicon steel sheet with a secondary recrystallization structure. Next, hot drawing, hardening rolling and annealing are performed, a coating is applied and a baking process is carried out, producing a finished grain-oriented silicon steel. Grain-oriented silicon steel has the characteristics of high magnetic induction and low iron loss, and is particularly suitable for manufacturing transformer iron core.
[006] A perda de ferro do aço silício de grão orientado consiste em três partes: perda de histerese, perda de corrente parasita e perda anormal de corrente parasita. A perda de histerese é a perda de energia causada pela histerese magnética na qual a variação na intensidade de indução magnética fica atrás da variação na intensidade do campo magnético. A histerese magnética é causada pela obstrução do movimento da parede do domínio magnético no processo de magnetização e desmagnetização devido a fatores como inclusões, defeitos nos cristais e tensão interna em um material. A perda de corrente parasita é a perda de energia causada pela corrente parasita e está relacionada à condutividade elétrica e espessura da chapa de aço silício, onde a corrente parasita é causada pela força eletromotriz local induzida pela mudança no fluxo magnético durante o processo de magnetização. A perda de corrente parasita anormal é a perda de energia causada pela diferença na estrutura do domínio magnético quando a chapa de aço silício é magnetizada e é afetada principalmente pela largura do domínio magnético.[006] The iron loss of grain-oriented silicon steel consists of three parts: hysteresis loss, eddy current loss and abnormal eddy current loss. Hysteresis loss is the loss of energy caused by magnetic hysteresis in which the change in magnetic induction intensity lags behind the change in magnetic field intensity. Magnetic hysteresis is caused by obstruction of the movement of the magnetic domain wall in the process of magnetization and demagnetization due to factors such as inclusions, defects in crystals and internal stress in a material. Eddy current loss is the energy loss caused by eddy current and is related to the electrical conductivity and thickness of the silicon steel sheet, where the eddy current is caused by the local electromotive force induced by the change in magnetic flux during the magnetization process. Abnormal eddy current loss is the energy loss caused by the difference in the structure of the magnetic domain when the silicon steel sheet is magnetized, and is mainly affected by the width of the magnetic domain.
[007] A estrutura do domínio magnético no interior dos grãos de aço silício de grão orientado é formada pela interação de magnetização espontânea e campo de desmagnetização. Os momentos magnéticos dos átomos dentro de um único domínio magnético são dispostos na mesma direção, de modo que os cristais macroscópicos exibem ferromagnetismo. Na ausência de um campo magnético externo, os domínios magnéticos do aço silício de grão orientado são principalmente domínios magnéticos de 180° antiparalelos. A largura de um único domínio magnético pode ser tipicamente da ordem de dezenas de mícrons ou mesmo milímetros. Uma camada de transição de várias dezenas a centenas de camadas atômicas existe entre os domínios magnéticos adjacentes, que é denominada como uma parede de domínio magnético. Durante o processo de magnetização, o momento magnético é rotacionado pelo campo externo, e a migração da parede do domínio magnético faz com que os domínios magnéticos adjacentes sejam mutuamente anexados, realizando assim a função condutora magnética. Refinar o domínio magnético (isto é, reduzir a largura do domínio magnético) pode efetivamente reduzir a perda de corrente parasita anormal, e é um método importante para reduzir a perda de ferro da chapa de aço silício, e é também uma das principais direções de desenvolvimento da tecnologia de aço silício de grão orientado.[007] The structure of the magnetic domain within grain-oriented silicon steel grains is formed by the interaction of spontaneous magnetization and demagnetization field. The magnetic moments of atoms within a single magnetic domain are arranged in the same direction, so macroscopic crystals exhibit ferromagnetism. In the absence of an external magnetic field, the magnetic domains of grain-oriented silicon steel are mainly 180° antiparallel magnetic domains. The width of a single magnetic domain can typically be on the order of tens of microns or even millimeters. A transition layer of several tens to hundreds of atomic layers exists between adjacent magnetic domains, which is termed as a magnetic domain wall. During the magnetization process, the magnetic moment is rotated by the external field, and the migration of the magnetic domain wall causes the adjacent magnetic domains to be mutually attached, thus realizing the magnetic conducting function. Refining the magnetic domain (that is, reducing the width of the magnetic domain) can effectively reduce the abnormal eddy current loss, and is an important method for reducing the iron loss of silicon steel sheet, and is also one of the main directions of development of grain-oriented silicon steel technology.
[008] Técnicas para gravar a superfície do aço silício de grão orientado para refinar os domínios magnéticos para reduzir a perda de ferro podem ser divididas em duas categorias, de acordo com o efeito da gravação. Um tipo é uma técnica de gravação que não é resistente ao recozimento de alívio de tensões. Nesta técnica, uma região de tensão térmica linear é formada na superfície em um determinado intervalo por um laser, um feixe de plasma, um feixe de elétrons ou similar para causar domínios submagnéticos ao redor da região, reduzindo assim a largura do domínio magnético de 180° e alcançar o objetivo de reduzir a perda de ferro. Nesse método, o efeito de refinamento dos domínios magnéticos desaparece com a eliminação da tensão térmica no entalhe após o recozimento de alívio de tensões, e a perda de ferro retorna então ao nível original. Portanto, esse método só pode ser usado na fabricação de transformadores de núcleo de ferro laminado sem recozimento de alívio de tensões. Outro tipo é uma técnica de gravação que é resistente ao recozimento de alívio de tensões. Os meios técnicos atualmente relatados são mecânica, corrosão eletroquímica, feixe de laser e semelhantes. A solução técnica geralmente compreende: formar uma zona de deformação linear na superfície do aço silício de grão orientado para redistribuir a energia interna, reduzindo assim a largura do domínio magnético de 180° e reduzindo a perda de ferro. A perda de ferro do aço silício de grão orientado produzido por tal método não se recupera após o recozimento com alívio de tensões. Portanto, tal método pode ser aplicado à fabricação de um transformador de núcleo de ferro enrolado que requer recozimento de alívio de tensões. O transformador de núcleo de ferro enrolado faz uso total da superioridade das propriedades magnéticas do aço silício de grão orientado na direção de laminação, e tem vantagens óbvias em termos de perda e ruído, por isso é favorecido pelos usuários a jusante. O aço silício de grão orientado, resistente ao recozimento de alívio de tensões, é particularmente adequado para a fabricação desse tipo de transformador e é uma direção de desenvolvimento tecnológico.[008] Techniques for etching the surface of grain-oriented silicon steel to refine the magnetic domains to reduce iron loss can be divided into two categories according to the effect of etching. One type is an engraving technique that is not resistant to stress-relieving annealing. In this technique, a region of linear thermal stress is formed on the surface at a certain interval by a laser, plasma beam, electron beam or similar to cause submagnetic domains around the region, thereby reducing the width of the magnetic domain by 180 ° and achieve the objective of reducing iron loss. In this method, the refinement effect of the magnetic domains disappears with the elimination of thermal stress in the notch after stress relief annealing, and the iron loss then returns to the original level. Therefore, this method can only be used in the manufacture of laminated iron core transformers without stress relief annealing. Another type is an engraving technique that is resistant to stress-relieving annealing. The currently reported technical means are mechanical, electrochemical corrosion, laser beam and the like. The technical solution generally comprises: forming a linear deformation zone on the surface of grain-oriented silicon steel to redistribute internal energy, thereby reducing the magnetic domain width by 180° and reducing iron loss. Iron loss from grain-oriented silicon steel produced by this method does not recover after stress-relieving annealing. Therefore, such a method can be applied to the fabrication of a wound iron core transformer that requires stress relief annealing. The wound iron core transformer makes full use of the superior magnetic properties of grain silicon steel oriented in the rolling direction, and has obvious advantages in terms of loss and noise, so it is favored by downstream users. Grain-oriented silicon steel, resistant to stress relief annealing, is particularly suitable for manufacturing this type of transformer and is a direction of technological development.
[009] Na Patente U.S. No. US4770720, é formada uma zona de microdeformação na superfície do aço silício utilizando meios de pressão mecânica. Pequenos grãos são formados abaixo da zona de deformação após o recozimento de alívio de tensões. Um efeito de refinamento dos domínios magnéticos é produzido, uma vez que a orientação dos pequenos grãos cristalinos é diferente da orientação do substrato.[009] In U.S. Patent No. US4770720, a microdeformation zone is formed on the surface of silicon steel using mechanical pressure means. Small grains are formed below the deformation zone after stress relief annealing. A refinement effect of the magnetic domains is produced, since the orientation of the small crystalline grains is different from the orientation of the substrate.
[0010] Na Patente U.S. No. US 7,063,780, um efeito de gravação resistente ao calor é alcançado por um método de corrosão eletrolítica. Primeiro, a chapa de aço silício de grão orientado com uma camada interior é processada linearmente por um laser para descolar a camada interior e o substrato de metal é exposto na região. A chapa de aço silício de grão orientado é então imersa no eletrólito para formar um par de eletrodos entre a chapa de aço silício e o eletrodo de platina. O substrato é eletroliticamente marcado controlando alternadamente as mudanças positivas e negativas no potencial do eletrodo, de modo que a região forme sulcos lineares próximos a um retângulo.[0010] In U.S. Patent No. US 7,063,780, a heat-resistant etching effect is achieved by an electrolytic etching method. First, the grain-oriented silicon steel sheet with an inner layer is linearly processed by a laser to peel off the inner layer and the metal substrate is exposed in the region. The grain-oriented silicon steel sheet is then immersed in the electrolyte to form a pair of electrodes between the silicon steel sheet and the platinum electrode. The substrate is electrolytically marked by alternately controlling the positive and negative changes in the electrode potential, so that the region forms linear grooves close to a rectangle.
[0011] Na Patente U.S. No. US7,045,025, a superfície de uma chapa de aço silício antes ou depois do estiramento a quente, laminação a quente e recozimento é submetida a aquecimento linear local usando um feixe de laser para formar uma zona de refusão. O material de revestimento e uma parte do substrato de metal são fundidos, arrefecidos e solidificados para formar uma zona de refusão, e a perda de ferro da chapa de aço silício é reduzida controlando a largura e a profundidade da zona de refusão.[0011] In U.S. Patent No. US7,045,025, the surface of a silicon steel sheet before or after hot stretching, hot rolling and annealing is subjected to local linear heating using a laser beam to form a reflow zone . The coating material and a part of the metal substrate are melted, cooled and solidified to form a reflow zone, and the iron loss from the silicon steel sheet is reduced by controlling the width and depth of the reflow zone.
[0012] Na patente chinesa CN102941413A, um método de gravação a laser múltipla é usado para um controle preciso da profundidade e largura dos sulcos e para reduzir a perda de ferro da chapa de aço silício em 8% ou mais. Na Patente U.S. No. US20130139932, sulcos com uma certa profundidade são formados na superfície do aço silício, controlando a densidade de energia do feixe de laser. As regiões cristalinas equiaxiais formadas nos sulcos reduzem o tamanho dos grãos recristalizados secundários, e assim os domínios magnéticos são refinados.[0012] In the Chinese patent CN102941413A, a multiple laser engraving method is used for precise control of the depth and width of the grooves and to reduce the iron loss of the silicon steel sheet by 8% or more. In U.S. Patent No. US20130139932, grooves with a certain depth are formed on the surface of silicon steel, controlling the energy density of the laser beam. The equiaxed crystalline regions formed in the grooves reduce the size of the secondary recrystallized grains, and thus the magnetic domains are refined.
[0013] Na técnica de gravação resistente ao calor do aço silício de grão orientado, uma série de sulcos ou deformações é formada na superfície da chapa de aço por um certo meio para refinar os domínios magnéticos e reduzir a perda de ferro. Uma vez que a presença dos sulcos ou deformações não se altera devido ao recozimento, o efeito de redução da perda de ferro não desaparece durante o processo de recozimento de alívio de tensões e, portanto, a técnica é particularmente adequada para a fabricação de um transformador de núcleo de ferro enrolado.[0013] In the heat-resistant etching technique of grain-oriented silicon steel, a series of grooves or deformations are formed on the surface of the steel sheet by a certain means to refine the magnetic domains and reduce the loss of iron. Since the presence of the grooves or deformations does not change due to annealing, the effect of reducing iron loss does not disappear during the stress relief annealing process and therefore the technique is particularly suitable for manufacturing a transformer. of coiled iron core.
[0014] A produção eficiente e de baixo custo do aço silício de grão orientado, resistente ao recozimento de alívio de tensões, é um problema comum para os fabricantes de aço. O ponto chave é que é difícil obter ambas as características microscópicas dos sulcos de gravação e produção de macromassa.[0014] The efficient and low-cost production of grain-oriented silicon steel, resistant to stress relief annealing, is a common problem for steel manufacturers. The key point is that it is difficult to obtain both microscopic characteristics of the recording grooves and macromass production.
[0015] A técnica de gravação resistente ao calor convencional por meios eletroquímicos tem um processo complicado e um certo grau de contaminação química. Além disso, o formato e a profundidade dos sulcos são menos controláveis e é difícil obter uma chapa de aço silício de grão orientado com propriedades magnéticas estáveis e uniformes. A solução técnica de formação de sulcos por pressão mecânica é extremamente exigente nos rolos dentados. Além disso, a alta dureza da camada interior de silicato de magnésio na superfície do aço silício de grão orientado faz com que os rolos dentados se desgastem rapidamente, resultando em alto custo de produção em massa. O método de formação de sulcos por múltiplas varreduras a laser requer alta precisão de posicionamento repetido, resultando em dificuldade na produção de linhas de fluxo. O método de formação de sulcos ou zonas de refusão por fusão térmica a laser tende a produzir protrusões e salpicos semelhantes a crateras na aresta dos sulcos e próximo delas, resultando em uma diminuição no fator de laminagem das chapas de aço silício. E o transformador feito pelo método tem o risco de ruptura entre as folhas durante o serviço.[0015] The conventional heat-resistant recording technique by electrochemical means has a complicated process and a certain degree of chemical contamination. Furthermore, the shape and depth of the grooves are less controllable, and it is difficult to obtain a grain-oriented silicon steel sheet with stable and uniform magnetic properties. The technical solution of groove formation by mechanical pressure is extremely demanding on toothed rollers. Furthermore, the high hardness of the magnesium silicate inner layer on the surface of grain-oriented silicon steel causes the toothed rollers to wear out quickly, resulting in high mass production costs. The method of forming grooves by multiple laser scans requires high accuracy of repeated positioning, resulting in difficulty in producing flow lines. The method of forming grooves or remelting zones by laser thermal melting tends to produce crater-like protrusions and splashes at and near the edge of the grooves, resulting in a decrease in the rolling factor of silicon steel sheets. And the transformer made using this method has the risk of rupture between the leaves during service.
[0016] O aço silício de grão orientado é denominado por seus grãos de cristal internos tendo substancialmente a mesma direção. O aço silício de grão orientado é uma chapa de aço elétrica que possui um certo teor de silício e uma direção de magnetização fácil sendo substancialmente igual à direção de laminação do processo de fabricação. Dentro da chapa de aço, existem domínios de 180° que são iguais ou opostos à direção de magnetização fácil dos grãos. Durante a magnetização de AC, os polos magnéticos na chapa de aço realizam uma rápida rotação pelo movimento da parede do domínio magnético entre domínios magnéticos adjacentes. Portanto, a chapa de aço tem boa permeabilidade magnética, e o transformador feito da chapa de aço possui alta permeabilidade magnética e baixa perda de ferro.[0016] Grain-oriented silicon steel is named for its internal crystal grains having substantially the same direction. Grain-oriented silicon steel is an electrical steel sheet that has a certain silicon content and an easy magnetization direction that is substantially the same as the rolling direction of the manufacturing process. Within the steel sheet, there are 180° domains that are equal or opposite to the easy magnetization direction of the grains. During AC magnetization, the magnetic poles in the steel sheet undergo rapid rotation by the movement of the magnetic domain wall between adjacent magnetic domains. Therefore, the steel sheet has good magnetic permeability, and the transformer made of the steel sheet has high magnetic permeability and low iron loss.
[0017] É desejável que a tecnologia de aço silício reduza continuamente a perda de ferro dos materiais de aço silício. Existem atualmente duas rotas técnicas para reduzir a perda de ferro das chapas de aço silício. Em uma solução técnica, por um método metalúrgico, a perda de ferro é reduzida controlando a estrutura de recristalização secundária e aumentando o grau de orientação, e a fácil direção de magnetização dos grãos de cristal é tão consistente quanto possível com a direção de laminação do aço silício em uma chapa de aço, isto é, reduzindo o ângulo de desvio da orientação do grão. O outro é reduzir a perda de ferro reduzindo a largura dos domínios magnéticos, isto é, refinar os domínios magnéticos. O refinamento dos domínios magnéticos pode reduzir a perda anormal de correntes parasitas do aço silício de grão orientado. Uma região de tensão térmica microlinear substancialmente perpendicular à direção de laminação é aplicada à superfície do aço silício de grão orientado acabado por laser ou feixe de elétrons ou similar, conforme descrito na Patente US No. US7,442,260 B2, Patente US No. US5,241,151 e semelhantes. O estresse resulta em um domínio magnético de 90° perpendicular à direção de laminação em sua proximidade, de modo que a largura do domínio magnético de 180° é reduzida, reduzindo assim a perda de ferro do aço silício de grão orientado. Estes produtos têm sido amplamente utilizados na fabricação de vários transformadores de núcleo de ferro laminado.[0017] It is desirable that silicon steel technology continuously reduces the iron loss of silicon steel materials. There are currently two technical routes to reduce iron loss from silicon steel sheets. In a technical solution, by a metallurgical method, the loss of iron is reduced by controlling the secondary recrystallization structure and increasing the degree of orientation, and the easy magnetization direction of the crystal grains is as consistent as possible with the rolling direction of the silicon steel on a steel sheet, i.e. reducing the angle of grain orientation deviation. The other is to reduce iron loss by reducing the width of the magnetic domains, that is, to refine the magnetic domains. The refinement of magnetic domains can reduce the abnormal eddy current loss of grain-oriented silicon steel. A region of microlinear thermal stress substantially perpendicular to the rolling direction is applied to the surface of the finished oriented grain silicon steel by laser or electron beam or similar, as described in US Patent No. US7,442,260 B2, US Patent No. US5, 241,151 and the like. The stress results in a 90° magnetic domain perpendicular to the rolling direction in its proximity, so that the width of the 180° magnetic domain is reduced, thus reducing the iron loss from the grain-oriented silicon steel. These products have been widely used in the manufacture of various laminated iron core transformers.
[0018] Com a crescente demanda por economia de energia e proteção ambiental, os transformadores de núcleo de ferro enrolado estão gradualmente ganhando o favor do mercado. A chapa de aço silício dos núcleos de ferro enrolado é feita por enrolamento na direção de laminação do aço silício em uma chapa de aço, e as propriedades magnéticas do aço silício de grão orientado na direção de laminação são totalmente utilizadas. Portanto, em comparação com o núcleo de ferro laminado, o núcleo de ferro enrolado tem as vantagens de baixa perda, baixo ruído, nenhum desperdício de cisalhamento e semelhantes, e é particularmente adequado para a fabricação de transformadores de economia de energia pequenos e médios. No entanto, a tensão interna gerada no núcleo de ferro durante o processo de enrolamento provoca a deterioração do desempenho de perda de ferro da chapa de aço silício. Portanto, o núcleo de ferro deve ser submetido a recozimento de alívio de tensões. O processo de recozimento de alívio de tensões é geralmente o seguinte: em uma atmosfera protetora, a temperatura é mantida a 800 °C ou mais por 2 horas ou mais para recuperar completamente as deslocações internas do material, e a tensão interna é completamente eliminada, e as propriedades magnéticas da chapa de aço silício são ideais. Para a chapa de aço silício de grão orientado, na qual os domínios magnéticos são refinados usando um laser convencional ou um feixe de elétrons para gerar regiões de tensão linear, o efeito de refinamento dos domínios magnéticos desaparece com a eliminação da tensão após o recozimento de alívio de tensões. Por conseguinte, essa chapa de aço silício de grão orientado não pode ser utilizada para a fabricação de um transformador de núcleo de ferro enrolado.[0018] With the increasing demand for energy saving and environmental protection, iron core wound transformers are gradually gaining market favor. The silicon steel sheet of the wound iron cores is made by winding in the rolling direction of the silicon steel on a steel sheet, and the magnetic properties of the grain silicon steel oriented in the rolling direction are fully utilized. Therefore, compared with rolled iron core, wound iron core has the advantages of low loss, low noise, no shear waste and the like, and is particularly suitable for manufacturing small and medium-sized energy-saving transformers. However, the internal stress generated in the iron core during the winding process causes the iron loss performance of the silicon steel sheet to deteriorate. Therefore, the iron core must undergo stress relief annealing. The stress relief annealing process is generally as follows: in a protective atmosphere, the temperature is maintained at 800 °C or more for 2 hours or more to completely recover the internal dislocations of the material, and the internal stress is completely eliminated, and the magnetic properties of the silicon steel sheet are ideal. For grain-oriented silicon steel sheet, in which the magnetic domains are refined using a conventional laser or electron beam to generate regions of linear stress, the effect of refining the magnetic domains disappears with the elimination of stress after annealing of tension relief. Therefore, this grain-oriented silicon steel sheet cannot be used to manufacture a wound iron core transformer.
[0019] A fim de manter o efeito de refinamento dos domínios magnéticos após o recozimento de alívio de tensões, uma técnica de refinamento de domínio magnético resistente ao recozimento de alívio de tensões foi desenvolvida. Na técnica, sulcos tendo um certo formato são formados na superfície da chapa de aço silício por gravação química ou pressão mecânica. Os polos magnéticos livres gerados nos sulcos redistribuem a energia do material, reduzindo a largura dos domínios magnéticos e reduzindo a perda de ferro. Como os sulcos não se alteram durante o processo de recozimento de alívio de tensões, a chapa de aço silício de grão orientado produzida por este tipo de tecnologia pode ser aplicada na fabricação de transformadores de núcleo de ferro enrolado. Esse tipo de tecnologia é coletivamente chamado de tecnologia de gravação resistente ao calor.[0019] In order to maintain the refinement effect of magnetic domains after stress relief annealing, a magnetic domain refinement technique resistant to stress relief annealing has been developed. In the technique, grooves having a certain shape are formed on the surface of the silicon steel sheet by chemical etching or mechanical pressure. The free magnetic poles generated in the grooves redistribute the energy of the material, reducing the width of the magnetic domains and reducing iron loss. As the grooves do not change during the stress relief annealing process, the grain-oriented silicon steel sheet produced by this type of technology can be applied in the manufacture of wound iron core transformers. This type of technology is collectively called heat-resistant recording technology.
[0020] As técnicas de gravação resistentes ao calor atualmente disponíveis para aplicações comerciais são método de gravação química e método de pontuação mecânica. Como o processo de produção do método de gravação químico envolve reações químicas, o método tem uniformidade de sulco e controlabilidade do processo, e possui certa poluição ao meio ambiente. Para a solução técnica de formação da zona de tensão por pressão mecânica, uma vez que o material de aço silício tem alta dureza e os sulcos têm um tamanho pequeno, a solução técnica tem altos requisitos quanto à dureza do dispositivo mecânico e precisão de usinagem. Na Patente U.S. No. US 7,045,025, as zonas de fusão a quente são formadas por processamento a laser. Devido ao alto ponto de fusão e alta condutividade térmica do metal, protrusões semelhantes à crateras são formadas nas arestas dos sulcos devido à fusão do metal, e depósitos de adesivo formados por resfriamento e recondensamento após a gaseificação do metal serão produzidos nas proximidades, reduzindo o fator de laminagem da chapa de aço silício e aumentando o risco de ruptura entre as chapas durante o serviço do transformador. Na Patente Chinesa CN102941413A, o problema de um decréscimo no fator de laminagem devido a salpicos é superado por múltiplas pontuações por laser. No entanto, a eficiência da pontuação repetida é baixa, e o posicionamento repetido é difícil, resultando em dificuldade na produção em massa usando linhas de montagem industrial.[0020] The heat resistant recording techniques currently available for commercial applications are chemical recording method and mechanical scoring method. Because the production process of the chemical engraving method involves chemical reactions, the method has groove uniformity and process controllability, and has certain pollution to the environment. For the technical solution of mechanical pressure stress zone formation, since the silicon steel material has high hardness and the grooves have a small size, the technical solution has high requirements on the hardness of the mechanical device and machining accuracy. In U.S. Patent No. US 7,045,025, hot melt zones are formed by laser processing. Due to the high melting point and high thermal conductivity of the metal, crater-like protrusions are formed at the edges of the grooves due to the melting of the metal, and adhesive deposits formed by cooling and recondensation after gasification of the metal will be produced nearby, reducing the lamination factor of the silicon steel sheet and increasing the risk of rupture between the sheets during transformer service. In Chinese Patent CN102941413A, the problem of a decrease in rolling factor due to splashing is overcome by multiple laser scoring. However, the efficiency of repeated scoring is low, and repeated positioning is difficult, resulting in difficulty in mass production using industrial assembly lines.
[0021] O objeto da presente invenção consiste em prover uma chapa de aço silício de grão orientado, marcado a laser, resistente ao recozimento de alívio de tensões e a um método de fabricação do mesmo. A chapa de aço tem baixos custos de fabricação, e o efeito de gravação da chapa de aço acabada é retido durante um processo de recozimento de alívio de tensões. A chapa de aço é particularmente adequada para a fabricação de transformadores de núcleo de ferro enrolado.[0021] The object of the present invention is to provide a grain-oriented silicon steel sheet, laser marked, resistant to stress relief annealing and a method of manufacturing the same. The steel sheet has low manufacturing costs, and the embossing effect of the finished steel sheet is retained during a stress-relieving annealing process. Steel sheet is particularly suitable for manufacturing iron core wound transformers.
[0022] De modo a alcançar o objetivo acima, a solução técnica da presente invenção é a seguinte.[0022] In order to achieve the above objective, the technical solution of the present invention is as follows.
[0023] Um aço silício de grão orientado marcado a laser resistente ao recozimento de alívio de tensões, onde sulcos lineares paralelos são formados em um ou ambos os lados de aço silício de grão orientado por gravação a laser, os sulcos lineares são perpendiculares, ou em ângulo para a direção de laminação do aço silício em uma chapa de aço; a altura máxima das protrusões de aresta dos sulcos lineares não excede 5 μm, e a altura máxima dos salpicos nas regiões livres de gravação entre sulcos lineares adjacentes não excede 5 μm, e a proporção de uma área ocupada por salpicos nas proximidades dos sulcos lineares não excede 5%.[0023] A laser-marked grain-oriented silicon steel resistant to stress-relief annealing, wherein parallel linear grooves are formed on one or both sides of laser-etched grain-oriented silicon steel, the linear grooves are perpendicular, or at an angle to the rolling direction of the silicon steel on a steel sheet; the maximum height of the edge protrusions of the linear grooves does not exceed 5 μm, and the maximum height of the splashes in the recording-free regions between adjacent linear grooves does not exceed 5 μm, and the proportion of an area occupied by splashes in the vicinity of the linear grooves does not exceeds 5%.
[0024] De preferência, a altura dos salpicos nas regiões livres de gravação entre os sulcos lineares não excede 2 μm e a proporção de uma área ocupada por salpicos na proximidade dos sulcos lineares não excede 2,5%.[0024] Preferably, the height of the splashes in the recording-free regions between the linear grooves does not exceed 2 μm and the proportion of an area occupied by splashes in the vicinity of the linear grooves does not exceed 2.5%.
[0025] De preferência, a rugosidade de linha Ra da linha central no fundo dos sulcos lineares não é mais que 2,1 μm.[0025] Preferably, the line roughness Ra of the center line at the bottom of the linear grooves is not more than 2.1 μm.
[0026] De preferência, a rugosidade Ra da linha central no fundo dos sulcos lineares não é superior a 0,52 μm.[0026] Preferably, the roughness Ra of the center line at the bottom of the linear grooves is not more than 0.52 μm.
[0027] De preferência, o sulco linear é aproximadamente triangular, trapezoidal, semicircular ou elíptico.[0027] Preferably, the linear groove is approximately triangular, trapezoidal, semicircular or elliptical.
[0028] De preferência, o ângulo entre o sulco linear e a direção de laminação do aço silício em uma chapa de aço é de 0 a 30°.[0028] Preferably, the angle between the linear groove and the rolling direction of the silicon steel on a steel sheet is 0 to 30°.
[0029] De preferência, o sulco linear tem uma largura de 5 a 300 μm e uma profundidade de 5 a 60 μm, e o espaço entre os sulcos lineares adjacentes é de 1 a 10 mm.[0029] Preferably, the linear groove has a width of 5 to 300 μm and a depth of 5 to 60 μm, and the space between adjacent linear grooves is 1 to 10 mm.
[0030] O método para fabricar o aço silício de grão orientado marcado a laser resistente ao recozimento de alívio de tensões de acordo com a presente invenção, compreende etapas de fusão, lingotamento contínuo, laminação a quente, laminação a frio única ou laminação a frio dupla com recozimento intermediário, recozimento de descarbonetação, recozimento em altas temperaturas, formando um aço silício de grão orientado acabado por estiramento a quente, laminação de encruamento e recozimento e aplicação de um revestimento isolante, em que o método compreende adicionalmente uma etapa de gravação a laser, que é desempenhada antes do recozimento de descarbonetação, ou antes ou após o estiramento a quente, laminação de encruamento e recozimento; a gravação a laser compreende as seguintes etapas: 1) formar um filme protetor na superfície do aço silício de grão orientado; 2) gravar a laser uma superfície do aço silício de grão orientado para formar uma série de sulcos lineares perpendiculares ou em um ângulo com a direção de laminação do aço silício em uma chapa de aço; 3) escovar a superfície do aço silício de grão orientado para remover o filme protetor e a secagem.[0030] The method for manufacturing the laser marked grain-oriented silicon steel resistant to stress relief annealing according to the present invention comprises steps of melting, continuous casting, hot rolling, single cold rolling or cold rolling double annealing with intermediate annealing, decarburizing annealing, high temperature annealing, forming a grain oriented silicon steel finished by hot drawing, work hardening rolling and annealing and application of an insulating coating, wherein the method additionally comprises an etching step to laser, which is performed before decarburizing annealing, or before or after hot drawing, rolling hardening and annealing; laser engraving comprises the following steps: 1) forming a protective film on the grain-oriented silicon steel surface; 2) laser engraving a surface of oriented grain silicon steel to form a series of linear grooves perpendicular to or at an angle to the rolling direction of the silicon steel on a steel sheet; 3) Brush the surface of the grain-oriented silicon steel to remove the protective film and dry it.
[0031] De preferência, o filme protetor é formado por um pó de óxido de metal e tem um teor de umidade entre 0,3 % em peso e 5,5 % em peso.[0031] Preferably, the protective film is formed by a metal oxide powder and has a moisture content between 0.3% by weight and 5.5% by weight.
[0032] De preferência, o filme protetor tem uma espessura entre 1,0 μm e 13,0 μm.[0032] Preferably, the protective film has a thickness between 1.0 μm and 13.0 μm.
[0033] De preferência, o pó de óxido de metal é insolúvel em água e é um pó único ou uma combinação de vários pós, e a proporção de partículas com um diâmetro de partícula de 500 μm ou mais no pó é de 10% em volume ou menos.[0033] Preferably, the metal oxide powder is insoluble in water and is a single powder or a combination of several powders, and the proportion of particles with a particle diameter of 500 μm or more in the powder is 10% in volume or less.
[0034] De preferência, o pó de óxido de metal é um ou mais de um óxido de metal alcalino-terroso, Al2O3, ZnO ou ZrO.[0034] Preferably, the metal oxide powder is one or more of an alkaline earth metal oxide, Al2O3, ZnO or ZrO.
[0035] De preferência, a fonte de bomba de geração de laser usada na etapa de gravação a laser é um ou mais de um laser de CO2, um laser sólido e um laser de fibra óptica, e o laser é contínuo ou pulsado.[0035] Preferably, the laser generating pump source used in the laser writing step is one or more of a CO2 laser, a solid laser and an optical fiber laser, and the laser is continuous or pulsed.
[0036] De preferência, a densidade de potência I do laser na etapa de gravação a laser não é inferior a 1,0 x 106 W/cm2, e a densidade de energia média e0 está entre 0,8 J/mm2 e 8,0 J/mm2, e a razão a da densidade de energia média para a espessura do filme protetor é entre 0,6 e 7,0.[0036] Preferably, the laser power density I in the laser engraving step is not less than 1.0 x 106 W/cm2, and the average energy density e0 is between 0.8 J/mm2 and 8, 0 J/mm2, and the ratio of the average energy density to the thickness of the protective film is between 0.6 and 7.0.
[0037] Além disso, um método para fabricar o aço silício de grão orientado marcado a laser resistente ao recozimento de alívio de tensões de acordo com a presente invenção, compreende etapas de fusão, lingotamento contínuo, laminação a quente, laminação a frio única ou laminação a frio dupla com recozimento intermediário, recozimento de descarbonetação, aplicando o separador de MgO na superfície da chapa de aço, recozimento de alta temperatura, formando um aço silício de grão acabado por estiramento a quente, laminação de encruamento e recozimento e aplicação de um revestimento isolante, em que a gravação a laser é realizada após o recozimento de descarbonetação para formar uma série de sulcos lineares na superfície do aço silício de grão orientado, perpendicular ou em um ângulo com a direção de laminação do aço silício em uma chapa de aço.[0037] Furthermore, a method for manufacturing laser marked grain oriented silicon steel resistant to stress relief annealing in accordance with the present invention comprises steps of melting, continuous casting, hot rolling, single cold rolling or double cold rolling with intermediate annealing, decarburizing annealing, applying MgO separator to the surface of the steel sheet, high temperature annealing, forming a finished grain silicon steel by hot drawing, hardening rolling and annealing and applying a insulating coating, in which laser engraving is performed after decarburizing annealing to form a series of linear grooves on the surface of the grain-oriented silicon steel, perpendicular to or at an angle to the rolling direction of the silicon steel on a steel sheet .
[0038] A presente invenção estuda em detalhe a difusão térmica durante a gravação a laser sob diferentes estados de superfície de chapas de aço silício, e o método de evitar fusão térmica e salpicos de aderir e acumular perto dos sulcos. Os inventores criativamente propõem um método no qual um aço silício de grão orientado marcado resistente ao calor, é produzido por revestimento de um filme protetor sobre uma superfície de um aço silício de grão orientado, gravação a laser e depois escovação. No método da presente invenção, sulcos estáveis e controláveis podem ser formados por varredura a laser única, os domínios magnéticos são refinados e a perda de ferro é reduzida sem causar degradação significativa do fator de laminagem, e o efeito de reduzir a perda de ferro não desaparece após o recozimento de alívio de tensões. Os inventores observaram, através de um microscópio de imagem de alta velocidade, que as protrusões na aresta dos sulcos são causadas pela fusão e acumulação de uma parte do metal devido à transferência de calor durante o processo de gravação a laser. Além disso, os salpicos próximos aos sulcos são formados pelo resfriamento rápido do metal ou plasma vaporizado sob a condição de purga e condensação na superfície da chapa de aço silício. Os inventores obtiveram uma solução para controlar as protrusões de aresta dos sulcos por gravação a laser após a aplicação de um filme protetor. A figura 2 ilustra o efeito das protrusões na aresta dos sulcos no fator de laminagem e no escopo da invenção. Quando a altura das protrusões de aresta excede 5 μm, o fator de laminagem é reduzido para 95% ou menos, o que não satisfaz os requisitos do processo de fabricação do núcleo de ferro do transformador. Portanto, é necessário controlar a altura das protrusões na aresta dos sulcos a 5 μm ou menos.[0038] The present invention studies in detail the thermal diffusion during laser engraving under different surface states of silicon steel sheets, and the method of preventing thermal melting and spatter from adhering and accumulating near the grooves. The inventors creatively propose a method in which a heat-resistant marked grain-oriented silicon steel is produced by coating a protective film onto a surface of a grain-oriented silicon steel, laser engraving and then brushing. In the method of the present invention, stable and controllable grooves can be formed by single laser scanning, the magnetic domains are refined, and the iron loss is reduced without causing significant degradation of the rolling factor, and the effect of reducing the iron loss is not disappears after stress relief annealing. The inventors observed, through a high-speed imaging microscope, that the protrusions on the edge of the grooves are caused by the melting and accumulation of a part of the metal due to heat transfer during the laser engraving process. Furthermore, the splashes near the grooves are formed by the rapid cooling of the vaporized metal or plasma under the condition of purging and condensation on the surface of the silicon steel sheet. The inventors obtained a solution to control groove edge protrusions by laser engraving after applying a protective film. Figure 2 illustrates the effect of protrusions on the edge of the grooves on the rolling factor and the scope of the invention. When the height of the edge protrusions exceeds 5 μm, the rolling factor is reduced to 95% or less, which does not meet the requirements of the transformer iron core manufacturing process. Therefore, it is necessary to control the height of the protrusions on the edge of the grooves to 5 μm or less.
[0039] A figura 3 ilustra a altura dos salpicos entre os sulcos adjacentes, a razão entre a área ocupada pelos salpicos e a faixa do fator de laminagem requerido pela presente invenção. Quando a altura dos salpicos formados entre os sulcos adjacentes não exceder 5 μm e a proporção dos salpicos por unidade de área não exceder 5,0%, o fator de laminagem da chapa de aço silício de grão orientado pode ser mantido em 95% ou mais. Em particular, quando a altura dos salpicos não excede 2 μm e a proporção dos salpicos por unidade de área não excede 2,5%, o fator de laminagem da chapa de aço silício pode ser mantido a 96% ou mais, o que é preferível na presente invenção.[0039] Figure 3 illustrates the height of the splashes between adjacent grooves, the ratio between the area occupied by the splashes and the rolling factor range required by the present invention. When the height of the spatter formed between adjacent grooves does not exceed 5 μm and the ratio of spatter per unit area does not exceed 5.0%, the rolling factor of grain-oriented silicon steel sheet can be maintained at 95% or more . In particular, when the spatter height does not exceed 2μm and the ratio of spatter per unit area does not exceed 2.5%, the rolling factor of the silicon steel sheet can be maintained at 96% or more, which is preferable in the present invention.
[0040] Deve-se notar que, a fim de evitar a ruptura entre folhas ou o aumento do ruído de vibração devido a salpicos ou protrusões durante o serviço do transformador, tanto a altura das protrusões de aresta como a altura dos salpicos na presente invenção referem-se à altura máxima, em vez da altura média.[0040] It should be noted that in order to avoid inter-leaf rupture or increased vibration noise due to splashes or protrusions during transformer service, both the height of the edge protrusions and the height of the splashes in the present invention refer to maximum height rather than average height.
[0041] Além disso, a rugosidade de linha Ra da linha central no fundo dos sulcos tem uma influência importante na uniformidade das propriedades magnéticas da chapa de aço silício acabada. Quanto maior a rugosidade de linha Ra da linha central no fundo dos sulcos, maior a flutuação nas propriedades magnéticas entre as folhas. A razão para este fenômeno é que a irregularidade no fundo dos sulcos causa uma diferença na eficiência na permeabilidade magnética em diferentes posições. Nos sulcos, a porção mais rasa tem maior permeabilidade magnética, enquanto a porção mais profunda tem menor permeabilidade magnética devido ao vazamento do fluxo magnético. Além disso, a permeabilidade magnética desigual causa a distribuição de campos de energia desordenada dentro do material, e um grande número de domínios submagnéticos de não 180° são gerados perto dos sulcos, e assim a perda de ferro não pode ser melhorada. A figura 4 mostra que o desvio padrão da perda de ferro P17/50 entre as chapas de aço silício aumenta à medida que Ra aumenta. Quando Ra excede 2,1 μm, o desvio padrão de P17/50 entre as folhas de aço silício aumenta rapidamente e excede 0,034 W/kg, aumentando muito a incerteza do desempenho do transformador produzido. Portanto, é necessário controlar a rugosidade da linha central no fundo dos sulcos a 2,1 μm ou menos. Em particular, quando Ra for inferior a 0,52 μm, a flutuação de P17/50 é inferior a 0,013 W/kg, e a uniformidade é boa, o que é preferível na presente invenção.[0041] Furthermore, the line roughness Ra of the center line at the bottom of the grooves has an important influence on the uniformity of the magnetic properties of the finished silicon steel sheet. The greater the line roughness Ra from the center line at the bottom of the grooves, the greater the fluctuation in magnetic properties between the sheets. The reason for this phenomenon is that the irregularity at the bottom of the grooves causes a difference in magnetic permeability efficiency at different positions. In grooves, the shallower portion has greater magnetic permeability, while the deeper portion has lower magnetic permeability due to magnetic flux leakage. Furthermore, the uneven magnetic permeability causes the distribution of disordered energy fields within the material, and a large number of non-180° submagnetic domains are generated near the grooves, and thus the iron loss cannot be improved. Figure 4 shows that the standard deviation of P17/50 iron loss between silicon steel sheets increases as Ra increases. When Ra exceeds 2.1 μm, the standard deviation of P17/50 between silicon steel sheets increases rapidly and exceeds 0.034 W/kg, greatly increasing the performance uncertainty of the produced transformer. Therefore, it is necessary to control the centerline roughness at the bottom of the grooves to 2.1 μm or less. In particular, when Ra is less than 0.52 μm, the fluctuation of P17/50 is less than 0.013 W/kg, and the uniformity is good, which is preferable in the present invention.
[0042] As protrusões e salpicos acima mencionados na aresta dos sulcos e a irregularidade no fundo dos sulcos são todos fenômenos inevitáveis devido à fusão de calor inevitável ou difusão quando o laser evapora o material ablativo para formar sulcos. Ajustando a energia do laser e a espessura, o teor de umidade e os parâmetros de tamanho de partícula do filme protetor, a invenção alcançou um controle efetivo das protrusões e salpicos na aresta dos sulcos até que elas desapareceram completamente, obtendo sulcos uniformes e reduzindo significativamente a perda de ferro.[0042] The above-mentioned protrusions and splashes at the edge of the grooves and the irregularity at the bottom of the grooves are all unavoidable phenomena due to the inevitable heat melting or diffusion when the laser evaporates the ablative material to form grooves. By adjusting the laser energy and the thickness, moisture content and particle size parameters of the protective film, the invention achieved effective control of the protrusions and splashes at the edge of the grooves until they completely disappeared, obtaining uniform grooves and significantly reducing the loss of iron.
[0043] O método de introdução de um filme protetor antes da gravação a laser na presente invenção pode reduzir suficientemente a difusão de calor gerada durante a gravação a laser. Além disso, para os salpicos inevitáveis, uma vez que eles apenas se condensam na superfície do filme, eles são removidos juntamente com a remoção do filme durante o processo de escovação subsequente, minimizando assim a formação de salpicos de superfície. O efeito da gravação após a aplicação do filme protetor é como mostrado na figura 7. Os sulcos da chapa de aço silício de grão orientado obtidos após a escovação subsequente são mostrados na figura 8. Pode-se observar que os sulcos possuem alta planicidade e não há escória ou salpicos formados devido à difusão térmica na proximidade. O aço silício de grão orientado pode ser usado para a fabricação de um transformador de núcleo de ferro enrolado.[0043] The method of introducing a protective film before laser engraving in the present invention can sufficiently reduce the heat diffusion generated during laser engraving. Furthermore, for the unavoidable splashes, since they only condense on the surface of the film, they are removed along with the removal of the film during the subsequent brushing process, thus minimizing the formation of surface splashes. The engraving effect after applying the protective film is as shown in figure 7. The grooves of the grain-oriented silicon steel sheet obtained after subsequent brushing are shown in figure 8. It can be seen that the grooves have high flatness and do not there is slag or spatter formed due to thermal diffusion in the vicinity. Grain oriented silicon steel can be used to manufacture a wound iron core transformer.
[0044] A fim de reduzir efetivamente a difusão térmica durante o processo de gravação, o material de filme protetor precisa ter excelentes propriedades de condutividade térmica e um bom efeito de absorção no laser para melhorar suficientemente a eficiência de ablação no processo de gravação a laser. Os inventores determinaram os parâmetros relevantes para o funcionamento total do filme protetor por pesquisa detalhada, incluindo os componentes principais, o teor de umidade do filme protetor e a distribuição de tamanho das partículas que formam o filme protetor.[0044] In order to effectively reduce thermal diffusion during the engraving process, the protective film material needs to have excellent thermal conductivity properties and a good absorption effect in the laser to sufficiently improve the ablation efficiency in the laser engraving process . The inventors determined the relevant parameters for the full functioning of the protective film by detailed research, including the main components, the moisture content of the protective film and the size distribution of the particles forming the protective film.
[0045] Estudos pelos inventores mostraram que a umidade no filme protetor tem uma influência direta nas protrusões na aresta dos sulcos. Isso ocorre porque, durante o processo de gravação a laser, a vaporização e volatilização da umidade no filme protetor retira o calor, provê um canal direcional para a condução de calor, reduz ou até mesmo elimina a difusão do calor em direção à aresta dos sulcos da base durante a gravação, reduz a camada de fusão a quente nas arestas, formando assim uma morfologia de sulco uniforme e controlável. Contudo, a presença de excesso de umidade provoca a oxidação do substrato em alta temperatura durante a ablação, resultando na deterioração das propriedades magnéticas e dificuldade em controlar a espessura do filme durante o revestimento com rolo ou pulverização. Os inventores determinaram através de experimentos que a umidade com uma porcentagem em peso não inferior a 0,3% contribui para a difusão para fora do calor através do filme protetor para formar sulcos controláveis. A umidade com uma porcentagem em peso não superior a 5,5% pode controlar eficazmente a oxidação em alta temperatura causada pela gravação a laser. Deve-se notar que a umidade no filme protetor da presente invenção pode existir no estado de água livre ou água cristalina. Quando a umidade está presente em qualquer uma das formas acima, o percentual em peso refere-se à porcentagem do peso da umidade. Quando tanto a água livre como a água cristalina estão presentes no filme protetor, a porcentagem em peso refere-se à soma das porcentagens em peso dos dois tipos de umidade.[0045] Studies by the inventors have shown that moisture in the protective film has a direct influence on the protrusions at the edge of the grooves. This is because, during the laser engraving process, the vaporization and volatilization of moisture in the protective film removes heat, provides a directional channel for heat conduction, and reduces or even eliminates the diffusion of heat toward the edge of the grooves. of the base during engraving, reduces the hot melt layer on the edges, thus forming a uniform and controllable groove morphology. However, the presence of excess moisture causes oxidation of the substrate at high temperature during ablation, resulting in deterioration of magnetic properties and difficulty in controlling film thickness during roller or spray coating. The inventors determined through experiments that moisture with a weight percentage of not less than 0.3% contributes to the outward diffusion of heat through the protective film to form controllable grooves. Moisture with a weight percentage of no more than 5.5% can effectively control high-temperature oxidation caused by laser engraving. It should be noted that moisture in the protective film of the present invention may exist in the state of free water or crystal clear water. When moisture is present in any of the above forms, weight percent refers to the weight percentage of the moisture. When both free water and crystalline water are present in the protective film, the weight percentage refers to the sum of the weight percentages of the two types of moisture.
[0046] O filme protetor utilizado na presente invenção antes da gravação é formado por revestimento com rolo ou pulverização de pós de óxido de metal insolúveis em água. A proporção das partículas com um diâmetro de 500 μm ou mais não deve exceder 10%. A razão é que diferentes tamanhos de partículas têm diferentes efeitos de dispersão para a luz laser, o que afeta diretamente a eficiência de ablação da gravação a laser. Quando a proporção das partículas com um diâmetro de 500 μm ou mais excede 10%, o efeito de dispersão do filme protetor na luz laser é notável e a eficiência de ablação a laser é baixa, resultando na formação de protrusões na aresta dos sulcos devido à fusão por calor. Por conseguinte, para as partículas do material de filme protetor utilizado na presente invenção, é necessário que a proporção das partículas com um diâmetro de 500 μm ou mais não exceda 10%.[0046] The protective film used in the present invention before engraving is formed by roller coating or spraying water-insoluble metal oxide powders. The proportion of particles with a diameter of 500 μm or more must not exceed 10%. The reason is that different particle sizes have different scattering effects for laser light, which directly affects the ablation efficiency of laser writing. When the proportion of particles with a diameter of 500 μm or more exceeds 10%, the scattering effect of the protective film in laser light is remarkable and the laser ablation efficiency is low, resulting in the formation of protrusions at the edge of the grooves due to heat fusion. Therefore, for the particles of the protective film material used in the present invention, it is necessary that the proportion of particles with a diameter of 500 μm or more does not exceed 10%.
[0047] O filme protetor utilizado na presente invenção antes da gravação a laser é formado da seguinte forma: o pó de óxido de metal é disperso em água e depois agitado a uma velocidade elevada para formar uma pasta fluida; a pasta fluida é aplicada à superfície da cinta de aço por revestimento com rolo ou pulverização e seca a uma temperatura de 200 °C ou superior. Os inventores determinaram através de experimentos que o óxido de metal insolúvel em água tem boa capacidade de dispersão em água após agitação em alta velocidade, e, portanto, pode aderir eficazmente à superfície do aço silício e transportar uma certa quantidade de água livre ou água cristalina, que contribui para a difusão para fora do calor durante a gravação a laser, formando assim sulcos marcados tendo um bom formato. Particularmente, o óxido de metal insolúvel em água é de preferência um óxido de metal alcalino-terroso e Al2O3, ZnO ou ZrO.[0047] The protective film used in the present invention before laser engraving is formed as follows: the metal oxide powder is dispersed in water and then stirred at a high speed to form a fluid paste; The slurry is applied to the surface of the steel belt by roller coating or spraying and dried at a temperature of 200 °C or higher. The inventors determined through experiments that the water-insoluble metal oxide has good dispersibility in water after high-speed stirring, and therefore can effectively adhere to the surface of silicon steel and transport a certain amount of free water or crystalline water , which contributes to the outward diffusion of heat during laser engraving, thus forming marked grooves having a good shape. Particularly, the water-insoluble metal oxide is preferably an alkaline earth metal oxide and Al2O3, ZnO or ZrO.
[0048] Além disso, a densidade de potência I do laser utilizado na presente invenção deve ser superior a 1,0x106 W/cm2. A densidade de potência I do laser é definida da seguinte forma:em que P é a potência de saída do laser e S é a área da zona que contém 96% ou mais da energia do feixe.[0048] Furthermore, the power density I of the laser used in the present invention must be greater than 1.0x106 W/cm2. The laser power density I is defined as follows: where P is the laser output power and S is the area of the zone containing 96% or more of the beam energy.
[0049] A figura 5 ilustra a relação entre a densidade de potência I do laser e a taxa de melhoria da perda de ferro e o fator de laminagem após a gravação na presente invenção. Quando a densidade de potência I é 1,0x106 W/cm2, tanto a taxa de melhoria da perda de ferro como o fator de laminagem mudam significativamente. A razão é que, quando a densidade de potência I é inferior a 1,0x106 W/cm2, a superfície da chapa de aço tem baixa taxa de absorção de laser durante a gravação a laser e a maior parte da energia do laser é refletida, fazendo com que a área aquecida na superfície não consiga atingir a temperatura de vaporização. Assim, os sulcos são formados principalmente por fusão, e a fusão é formada na aresta dos sulcos, e eventualmente as protrusões de aresta são formadas. As protrusões de aresta são formadas por refusão e condensação do filme protetor e do material de base, e não podem ser eliminadas pela escovação subsequente. Quando a densidade de energia I é de 1,0x106 W/cm2 ou mais, a gravação a laser depende principalmente da gaseificação, a taxa de absorção de luz é grandemente melhorada e a eficiência da gravação é notavelmente melhorada. O material vaporizado é retirado da área de gravação devido ao gás de purga e ao sistema de coleta de poeira. Uma pequena quantidade de resíduo permanece perto dos sulcos e é removida juntamente com o filme protetor durante o processo de escovação subsequente, obtendo-se sulcos de formato controlável. Portanto, a presente invenção requer que a densidade de potência do laser seja de 1,0x106 W/cm2 ou mais.[0049] Figure 5 illustrates the relationship between laser power density I and the iron loss improvement rate and rolling factor after engraving in the present invention. When the power density I is 1.0x106 W/cm2, both the iron loss improvement rate and the rolling factor change significantly. The reason is that when the power density I is less than 1.0x106 W/cm2, the surface of the steel sheet has a low laser absorption rate during laser engraving, and most of the laser energy is reflected, causing the heated area on the surface to be unable to reach the vaporization temperature. Thus, the grooves are mainly formed by melting, and the melt is formed at the edge of the grooves, and eventually edge protrusions are formed. Edge protrusions are formed by remelting and condensation of the protective film and base material, and cannot be eliminated by subsequent brushing. When the energy density I is 1.0x106 W/cm2 or more, laser engraving mainly relies on gasification, the light absorption rate is greatly improved, and the engraving efficiency is remarkably improved. Vaporized material is removed from the recording area due to the purge gas and dust collection system. A small amount of residue remains close to the grooves and is removed together with the protective film during the subsequent brushing process, obtaining grooves of a controllable shape. Therefore, the present invention requires the laser power density to be 1.0x106 W/cm2 or more.
[0050] Além disso, os inventores também estudaram em detalhe a correlação entre a energia do laser incidente e as propriedades magnéticas do produto final. Verificou-se que a energia do laser incidente está intimamente relacionada com as propriedades magnéticas do produto final. A energia total do laser recebido por unidade de área é representada pela densidade de energia do laser e0. A fórmula de definição de e0 é:em que Dy representa o comprimento da zona ao longo da direção de varredura e Vs é a velocidade de varredura do laser.[0050] Furthermore, the inventors also studied in detail the correlation between the incident laser energy and the magnetic properties of the final product. It was found that the incident laser energy is closely related to the magnetic properties of the final product. The total laser energy received per unit area is represented by the laser energy density e0. The formula for defining e0 is: where Dy represents the length of the zone along the scanning direction and Vs is the laser scanning speed.
[0051] Quando a densidade de energia do laser for muito baixa, isto é, inferior a 0,8 J/mm2, o material retirado por ablação por laser é muito pequeno para alcançar um efeito de refinamento do domínio magnético. Quando a densidade de energia do laser for muito alta, isto é, superior a 8,0 J/mm2, energia laser excessiva é introduzida. Como um resultado, por um lado, a profundidade dos sulcos formados é muito profunda, resultando em uma diminuição na indução magnética. Por outro lado, a capacidade de controle dos sulcos é deteriorada, o fundo não é plano, e pode formar protrusões na aresta devido à fusão.[0051] When the laser energy density is very low, that is, less than 0.8 J/mm2, the material removed by laser ablation is too small to achieve a magnetic domain refinement effect. When the laser energy density is too high, i.e. greater than 8.0 J/mm2, excessive laser energy is introduced. As a result, on the one hand, the depth of the formed grooves is too deep, resulting in a decrease in magnetic induction. On the other hand, the controllability of the grooves is deteriorated, the bottom is not flat, and edge protrusions may form due to melting.
[0052] Além disso, os inventores obtiveram uma solução técnica para combinar a densidade de energia do laser com o filme na superfície para otimizar as propriedades magnéticas do aço silício de grão orientado por meio de pesquisas experimentais repetidas. Especificamente, o objetivo de otimizar o efeito de gravação é alcançado controlando a razão entre a densidade de energia do laser e a espessura do filme na superfície. A figura 6 ilustra os efeitos vantajosos da presente invenção tomando como exemplo um aço silício de grão orientado de 0,23 mm. Quando a razão entre a densidade de energia do laser e a espessura do filme na superfície for inferior a 0,6, o P17/50 não é significativamente melhorado. Quando o valor de a for superior a 7,0, a taxa de melhoria de P17/50 é gradualmente diminuída, mas a indução magnética B8 é rapidamente deteriorada, o que é devido ao vazamento do fluxo magnético e ao aumento da faixa de condução de calor.[0052] Furthermore, the inventors obtained a technical solution to combine the laser energy density with the film on the surface to optimize the magnetic properties of grain-oriented silicon steel through repeated experimental research. Specifically, the objective of optimizing the recording effect is achieved by controlling the ratio between the laser energy density and the film thickness on the surface. Figure 6 illustrates the advantageous effects of the present invention taking as an example a 0.23 mm grain-oriented silicon steel. When the ratio of laser energy density to surface film thickness is less than 0.6, P17/50 is not significantly improved. When the value of a is greater than 7.0, the improvement rate of P17/50 is gradually decreased, but the magnetic induction B8 is rapidly deteriorated, which is due to the leakage of magnetic flux and the increase of the conduction range of heat.
[0053] Entretanto, embora a presença dos sulcos de gravação possa refinar o domínio magnético e reduzir a perda de ferro, a permeabilidade magnética nos sulcos é muito baixa, o que tem um certo efeito de dano em B8. Depois de investigar em detalhes a relação entre o tamanho dos sulcos e a perda de ferro e a indução magnética da chapa de aço silício, os inventores descobriram que, para reduzir a perda de ferro da chapa de aço silício, enquanto não diminuindo significativamente B8, o tamanho e o espaçamento dos sulcos precisam satisfazer a certas condições. Quando a largura dos sulcos for inferior a 20 μm, a gravação é difícil e a energia de acoplamento entre os polos magnéticos livres em ambos os lados dos sulcos aumenta, o que compensa a alteração da energia do sistema causada pelo vazamento do fluxo magnético e assim, o domínio magnético não pode ser efetivamente refinado. Quando o tamanho dos sulcos na direção de laminação excede 300 μm, o espaço entre os sulcos é muito grande e a indução magnética é notavelmente reduzida. Quando a profundidade dos sulcos formados na base por gravação for inferior a 5 μm, o efeito de refinamento no domínio magnético é pequeno, e a perda da chapa de aço silício não é reduzida. Quando a profundidade dos sulcos for superior a 50 μm, um grande número de polos magnéticos livres conduz a uma grande quantidade de fluxo magnético exposto, a perda de ferro diminui ligeiramente, mas a indução magnética é significativamente reduzida.[0053] However, although the presence of the recording grooves can refine the magnetic domain and reduce iron loss, the magnetic permeability in the grooves is very low, which has a certain damaging effect on B8. After investigating in detail the relationship between the size of the grooves and the iron loss and magnetic induction of the silicon steel sheet, the inventors found that to reduce the iron loss of the silicon steel sheet while not significantly decreasing B8, The size and spacing of the grooves must meet certain conditions. When the width of the grooves is less than 20 μm, recording is difficult and the coupling energy between the free magnetic poles on both sides of the grooves increases, which compensates for the change in system energy caused by magnetic flux leakage and thus , the magnetic domain cannot be effectively refined. When the size of the grooves in the rolling direction exceeds 300 μm, the space between the grooves is very large and the magnetic induction is remarkably reduced. When the depth of the grooves formed on the base by engraving is less than 5 μm, the refinement effect in the magnetic domain is small, and the loss of the silicon steel sheet is not reduced. When the groove depth is greater than 50 μm, a large number of free magnetic poles leads to a large amount of exposed magnetic flux, the iron loss decreases slightly, but the magnetic induction is significantly reduced.
[0054] Além disso, o espaço entre os sulcos e o ângulo entre as linhas de marcação e a direção transversal da chapa de aço também afetam significativamente a perda de ferro e a indução magnética. Quando o espaço entre os sulcos adjacentes for muito pequeno, isto é, abaixo de 1 mm, os sulcos são muito densos e a indução magnética é significativamente reduzida. Quando o espaço entre os sulcos adjacentes for demasiadamente grande, isto é, mais do que 10 mm, os domínios magnéticos refinados não podem ser formados dentro de uma faixa eficaz, e a perda de ferro não é melhorada. Quando o ângulo entre as linhas de pontuação e a direção de laminação da chapa de aço for superior a 30°, o efeito de refinamento do domínio magnético é enfraquecido e a taxa de melhoria da perda de ferro é baixa. Portanto, condições de pontuação adequadas para refinar os domínios magnéticos e reduzir a perda de ferro sem reduzir significativamente a indução magnética da chapa de aço silício são as seguintes: uma largura de sulco entre 5 e 300 μm, uma profundidade de sulco entre 5 e 60 μm, e um espaço entre sulcos adjacentes entre 1 e 10 mm.[0054] In addition, the space between the grooves and the angle between the marking lines and the transverse direction of the steel sheet also significantly affect the iron loss and magnetic induction. When the space between adjacent grooves is very small, that is, below 1 mm, the grooves are very dense and magnetic induction is significantly reduced. When the space between adjacent grooves is too large, that is, more than 10 mm, refined magnetic domains cannot be formed within an effective range, and iron loss is not improved. When the angle between the score lines and the rolling direction of the steel plate is greater than 30°, the refining effect of the magnetic domain is weakened and the improvement rate of iron loss is low. Therefore, suitable scoring conditions to refine the magnetic domains and reduce iron loss without significantly reducing the magnetic induction of the silicon steel sheet are as follows: a groove width between 5 and 300 μm, a groove depth between 5 and 60 μm, and a space between adjacent grooves between 1 and 10 mm.
[0055] O método da presente invenção alcança gravura a laser resistente ao calor usando um filme protetor por varredura única. As seguintes soluções técnicas estão todas dentro do escopo da presente invenção: os sulcos formados exibem um formato triangular aproximado, um formato trapezoidal, um formato semicircular, um formato elíptico ou uma deformação da mesma na direção da seção transversal da chapa de aço, as linhas de pontuação são dispostas em paralelo ao longo da direção de laminação da chapa de aço. O tamanho do sulco formado está dentro do escopo da presente invenção.[0055] The method of the present invention achieves heat-resistant laser engraving using a single-scan protective film. The following technical solutions are all within the scope of the present invention: the grooves formed exhibit an approximate triangular shape, a trapezoidal shape, a semicircular shape, an elliptical shape or a deformation thereof in the direction of the cross-section of the steel sheet, the lines scoring points are arranged in parallel along the rolling direction of the steel plate. The size of the groove formed is within the scope of the present invention.
[0056] A figura 1 é uma vista macroscópica de sulcos lineares formados na superfície de aço silício de grão orientado por gravação a laser na presente invenção.[0056] Figure 1 is a macroscopic view of linear grooves formed on the surface of grain-oriented silicon steel by laser engraving in the present invention.
[0057] A figura 2 mostra o escopo da altura máxima das protrusões na aresta dos sulcos requeridos pela presente invenção.[0057] Figure 2 shows the scope of the maximum height of the protrusions on the edge of the grooves required by the present invention.
[0058] A figura 3 mostra a proporção da área de superfície ocupada pelos salpicos e a faixa da altura máxima dos salpicos requeridos pela presente invenção.[0058] Figure 3 shows the proportion of surface area occupied by splashes and the range of maximum splash height required by the present invention.
[0059] A figura 4 mostra a faixa da rugosidade da linha central no fundo dos sulcos requeridos pela presente invenção.[0059] Figure 4 shows the roughness range of the center line at the bottom of the grooves required by the present invention.
[0060] A figura 5 mostra a faixa de densidade de potência do laser requerido pela presente invenção.[0060] Figure 5 shows the laser power density range required by the present invention.
[0061] A figura 6 mostra a faixa da razão entre a densidade de energia do laser e a espessura do filme requerida pela presente invenção.[0061] Figure 6 shows the range of the ratio between laser energy density and film thickness required by the present invention.
[0062] A figura 7 é uma vista mostrando a morfologia da superfície de uma chapa de aço submetida à gravação a laser após a aplicação do filme protetor na presente invenção.[0062] Figure 7 is a view showing the surface morphology of a steel sheet subjected to laser engraving after applying the protective film in the present invention.
[0063] A figura 8 é uma vista mostrando a morfologia dos sulcos após a limpeza do filme protetor na presente invenção.[0063] Figure 8 is a view showing the morphology of the grooves after cleaning the protective film in the present invention.
[0064] As modalidades e efeitos da presente invenção são exemplificadas abaixo, mas a presente invenção não está limitada às modalidades específicas descritas nos exemplos.[0064] The modalities and effects of the present invention are exemplified below, but the present invention is not limited to the specific modalities described in the examples.
[0065] A figura 1 mostra o aço silício de grão orientado marcado a laser 10 resistente ao recozimento de alívio de tensões na presente invenção, em que sulcos lineares paralelos 20 são formados em um ou em ambos os lados do aço silício de grão orientado por gravação a laser, os sulcos lineares são perpendiculares, ou em um ângulo para, a direção de laminação do aço silício em uma chapa de aço; a altura máxima das protrusões de aresta lineares não excede 5 μm, e a altura máxima dos salpicos nas regiões livres de gravação entre os sulcos lineares adjacentes não excede 5 μm, e a proporção de uma área ocupada por salpicos nas proximidades dos sulcos lineares não excede 5%.[0065] Figure 1 shows the laser marked grain oriented silicon steel 10 resistant to stress relief annealing in the present invention, wherein parallel linear grooves 20 are formed on one or both sides of the grain oriented silicon steel. laser engraving, the linear grooves are perpendicular to, or at an angle to, the rolling direction of the silicon steel on a steel sheet; the maximum height of the linear edge protrusions does not exceed 5 μm, and the maximum height of the splashes in the recording-free regions between adjacent linear grooves does not exceed 5 μm, and the proportion of an area occupied by splashes in the vicinity of the linear grooves does not exceed 5%.
[0066] De preferência, a rugosidade de linha Ra da linha central no fundo dos sulcos lineares não é superior a 2,1 μm.[0066] Preferably, the line roughness Ra of the center line at the bottom of the linear grooves is not more than 2.1 μm.
[0067] De preferência, os sulcos lineares são aproximadamente triangulares, trapezoidais, semicirculares ou elípticos.[0067] Preferably, the linear grooves are approximately triangular, trapezoidal, semicircular or elliptical.
[0068] De preferência, o ângulo entre os sulcos lineares e a direção de laminação da chapa de aço é de 0 a 30°.[0068] Preferably, the angle between the linear grooves and the rolling direction of the steel sheet is 0 to 30°.
[0069] De preferência, os sulcos lineares têm uma largura de 5 a 300 μm e uma profundidade de 5 a 60 μm, e o espaço entre os sulcos lineares adjacentes é de 1 a 30 mm.[0069] Preferably, the linear grooves have a width of 5 to 300 μm and a depth of 5 to 60 μm, and the space between adjacent linear grooves is 1 to 30 mm.
[0070] O aço silício de grão orientado foi submetido à fabricação de ferro, fabricação de aço, lingotamento contínuo e processo de laminação a quente. Em seguida, uma laminação a frio única foi realizada para laminar o aço até uma espessura final de 0,23 mm. Então, o recozimento de descarbonetação foi realizado para formar uma camada de óxido superficial. Em seguida, o aço foi revestido com separador de MgO na superfície e submetido a recozimento em alta temperatura a 1250 °C durante 20 horas. Em seguida, o MgO residual que não reagiu foi lavado. Posteriormente, a superfície do aço foi revestida com rolo e seca para formar um filme protetor. Em seguida, um laser YAG foi usado para gravar sulcos lineares em intervalos iguais ao longo da direção de laminação da chapa de aço. O laser tem uma potência de saída de 2000 W e uma largura de pulso média de 800 ns. A mancha formada pelo laser com foco na superfície da chapa de aço era elíptica com um eixo curto de 0,016 mm e um longo eixo de 0,5 mm. A velocidade de varredura é de 50 m/s. A densidade de potência calculada do laser foi de 3,2 x 107 W/cm2 e a densidade de energia do laser foi de 3,2 J/mm2. As linhas de pontuação formadas são perpendiculares à direção de laminação da chapa de aço. O espaço entre linhas de pontuação adjacentes é de 4 mm. Em seguida, um processo de escovação foi realizado para remover o filme protetor de superfície e o resíduo de salpico pontuado. Finalmente, um revestimento isolante foi aplicado na superfície do aço e o recozimento final foi realizado para obter uma chapa de aço silício acabada.[0070] Grain-oriented silicon steel has been subjected to ironmaking, steelmaking, continuous casting and hot rolling process. Next, a single cold rolling was carried out to roll the steel to a final thickness of 0.23 mm. Then, decarburization annealing was performed to form a surface oxide layer. Then, the steel was coated with MgO separator on the surface and subjected to high-temperature annealing at 1250 °C for 20 hours. Then, the residual unreacted MgO was washed away. Subsequently, the steel surface was coated with a roller and dried to form a protective film. Then, a YAG laser was used to engrave linear grooves at equal intervals along the rolling direction of the steel sheet. The laser has an output power of 2000 W and an average pulse width of 800 ns. The spot formed by the laser focusing on the surface of the steel sheet was elliptical with a short axis of 0.016 mm and a long axis of 0.5 mm. The scanning speed is 50 m/s. The calculated laser power density was 3.2 x 107 W/cm2 and the laser energy density was 3.2 J/mm2. The score lines formed are perpendicular to the rolling direction of the steel sheet. The space between adjacent score lines is 4 mm. Then, a brushing process was carried out to remove the surface protective film and the punctuated splash residue. Finally, an insulating coating was applied to the steel surface and final annealing was performed to obtain a finished silicon steel sheet.
[0071] As propriedades magnéticas foram medidas de acordo com "GB/T 3655-2008 Methods of Measuring Magnetic Properties of Electrical Steel Sheet and Strip by Epstein Frame". O fator de laminagem foi determinado de acordo com "GB/T 19289-2003 Methods of Measuring Density, Resistivity and Lamination Factor of Electrical Steel Sheet and Strip". Os resultados da medição dos Exemplos e Exemplos Comparativos são mostrados na Tabela 1.[0071] Magnetic properties were measured in accordance with "GB/T 3655-2008 Methods of Measuring Magnetic Properties of Electrical Steel Sheet and Strip by Epstein Frame". The rolling factor was determined in accordance with "GB/T 19289-2003 Methods of Measuring Density, Resistivity and Lamination Factor of Electrical Steel Sheet and Strip". The measurement results of the Examples and Comparative Examples are shown in Table 1.
[0072] Como pode ser visto na Tabela 1, os Exemplos 1 a 10 apresentam melhor perda de ferro, indução magnética e fator de laminagem. Contudo, as propriedades magnéticas ou o fator de laminagem dos Exemplos Comparativos 1 a 10, que não estão dentro do escopo da presente invenção, são relativamente inferiores.[0072] As can be seen in Table 1, Examples 1 to 10 show better iron loss, magnetic induction and rolling factor. However, the magnetic properties or rolling factor of Comparative Examples 1 to 10, which are not within the scope of the present invention, are relatively inferior.
[0073] O aço silício de grão orientado foi submetido à fabricação de ferro, fabricação de aço, lingotamento contínuo e processo de laminação a quente. Em seguida, uma laminação a frio única foi realizada para laminar o aço até uma espessura final de 0,225 mm. Então, o recozimento de descarbonetação foi realizado para formar uma camada de óxido superficial. Em seguida, o aço foi revestido com separador de MgO na superfície e submetido ao recozimento em alta temperatura a 1200 °C durante 20 horas. Em seguida, o MgO residual que não reagiu foi lavado. Posteriormente, a superfície do aço foi revestida por rolo e seca para formar um filme protetor de ZnO com uma espessura controlada de 2,5 μm. Em seguida, um laser de CO2 contínuo foi usado para gravar sulcos lineares em intervalos iguais ao longo da direção de laminação da chapa de aço. As linhas de pontuação formadas são perpendiculares à direção de laminação da chapa de aço. O espaço entre linhas de pontuação adjacentes é de 4,5 mm. Em seguida, um processo de escovação foi realizado para remover o filme protetor de superfície e os resíduos de salpicos de gravação. Finalmente, um revestimento isolante foi aplicado na superfície do aço e o recozimento final foi realizado para obter uma chapa de aço silício acabada.[0073] Grain-oriented silicon steel has been subjected to ironmaking, steelmaking, continuous casting and hot rolling process. Then a single cold rolling was carried out to roll the steel to a final thickness of 0.225 mm. Then, decarburization annealing was performed to form a surface oxide layer. Then, the steel was coated with MgO separator on the surface and subjected to high-temperature annealing at 1200 °C for 20 hours. Then, the residual unreacted MgO was washed away. Subsequently, the steel surface was roller coated and dried to form a protective ZnO film with a controlled thickness of 2.5 μm. Next, a continuous CO2 laser was used to engrave linear grooves at equal intervals along the rolling direction of the steel sheet. The score lines formed are perpendicular to the rolling direction of the steel sheet. The space between adjacent score lines is 4.5 mm. Then, a brushing process was carried out to remove the surface protective film and etching splash residue. Finally, an insulating coating was applied to the steel surface and final annealing was performed to obtain a finished silicon steel sheet.
[0074] As propriedades magnéticas foram medidas de acordo com o método SST 60mmx300mm. Os resultados da medição dos Exemplos e Exemplos Comparativos são mostrados na Tabela 2.[0074] The magnetic properties were measured according to the SST 60mmx300mm method. The measurement results of the Examples and Comparative Examples are shown in Table 2.
[0075] Como pode ser visto na Tabela 2, os parâmetros de laser dentro do escopo da presente invenção permitem que a chapa de aço silício obtenha propriedades magnéticas uniformes e estáveis. No entanto, nos Exemplos Comparativos além do escopo da presente invenção, a flutuação das propriedades magnéticas é aumentada devido ao excesso de Ra da linha central no fundo do sulco.[0075] As can be seen from Table 2, the laser parameters within the scope of the present invention allow the silicon steel sheet to obtain uniform and stable magnetic properties. However, in Comparative Examples beyond the scope of the present invention, the fluctuation of magnetic properties is increased due to excess Ra from the center line at the bottom of the groove.
[0076] O aço silício de grão orientado foi submetido à fabricação de ferro, fabricação de aço, lingotamento contínuo e processo de laminação a quente. Em seguida, uma laminação a frio única foi realizada para laminar o aço até uma espessura final de 0,225 mm. Um filme protetor de Al2O3 foi aplicado por pulverização na superfície do aço. A proporção de partículas de Al2O3 com um diâmetro de partícula de 500 μm ou mais no filme protetor é de cerca de 5%. Então, um laser YAG com uma largura de pulso de 300 ns foi usado para gravar sulcos lineares. Sulcos triangulares aproximados foram formados ajustando o tamanho da zona focalizada, a velocidade de varredura e a energia de pontuação do laser. O ângulo entre as linhas de pontuação e a direção transversal da chapa de aço é de 8°, e o espaço entre as linhas de pontuação na direção de laminação é de 4 mm. Em seguida, um processo de escovação foi desempenhado para remover o filme protetor de superfície. Então, o recozimento de descarbonetação foi desempenhado para formar uma camada de óxido superficial. Em seguida, o aço foi revestido com separador de MgO na superfície e submetido a recozimento em alta temperatura a 1250 °C durante 20 horas após o enrolamento em uma bobina. Finalmente, o MgO residual foi removido por lavagem, um revestimento isolante foi aplicado à superfície do aço e o recozimento final foi desempenhado para obter uma chapa de aço silício acabada.[0076] Grain-oriented silicon steel has been subjected to ironmaking, steelmaking, continuous casting and hot rolling process. Then a single cold rolling was carried out to roll the steel to a final thickness of 0.225 mm. A protective Al2O3 film was sprayed onto the steel surface. The proportion of Al2O3 particles with a particle diameter of 500 μm or more in the protective film is about 5%. Then, a YAG laser with a pulse width of 300 ns was used to engrave linear grooves. Approximate triangular grooves were formed by adjusting the size of the focused zone, scanning speed, and laser scoring energy. The angle between the scoring lines and the transverse direction of the steel plate is 8°, and the space between the scoring lines in the rolling direction is 4mm. Then a brushing process was performed to remove the surface protective film. Then, decarburization annealing was performed to form a surface oxide layer. Then, the steel was coated with MgO separator on the surface and subjected to high-temperature annealing at 1250 °C for 20 hours after winding into a coil. Finally, residual MgO was removed by washing, an insulating coating was applied to the steel surface, and final annealing was performed to obtain a finished silicon steel sheet.
[0077] As propriedades magnéticas foram medidas de acordo com "GB/T 3655-2008 Methods of Measuring Magnetic Properties of Electrical Steel Sheet and Strip by Epstein Frame". O fator de laminagem foi determinado de acordo com "GB/T 19289-2003 Methods of Measuring Density, Resistivity and Lamination Factor of Electrical Steel Sheet and Strip". Os resultados da medição dos Exemplos e Exemplos Comparativos são mostrados na Tabela 3.[0077] Magnetic properties were measured in accordance with "GB/T 3655-2008 Methods of Measuring Magnetic Properties of Electrical Steel Sheet and Strip by Epstein Frame". The rolling factor was determined in accordance with "GB/T 19289-2003 Methods of Measuring Density, Resistivity and Lamination Factor of Electrical Steel Sheet and Strip". The measurement results of the Examples and Comparative Examples are shown in Table 3.
[0078] Como pode ser visto na Tabela 3, os Exemplos nos quais a densidade de energia do laser está dentro do escopo da presente invenção têm boas propriedades magnéticas. Exemplos Comparativos além do escopo da presente invenção têm propriedades magnéticas inferiores às da presente invenção.[0078] As can be seen from Table 3, Examples in which the laser energy density is within the scope of the present invention have good magnetic properties. Comparative Examples beyond the scope of the present invention have lower magnetic properties than those of the present invention.
[0079] O aço silício de grão orientado foi submetido à fabricação de ferro, fabricação de aço, lingotamento contínuo e processo de laminação a quente. Em seguida, uma laminação a frio única foi realizada para laminar o aço até uma espessura final de 0,195 mm. Então, o recozimento de descarbonetação foi realizado para formar uma camada de óxido superficial. Em seguida, o aço foi revestido com um separador de MgO na superfície para obter um filme com uma espessura de cerca de 9,5 μm. Em seguida, um laser YAG foi usado para gravar sulcos lineares em intervalos iguais ao longo da direção de laminação da chapa de aço. O laser tem uma potência de saída de 2000 W e uma largura média de um único pulso de 800 ns. A zona formada pelo laser focalizando a superfície da chapa de aço era elíptica com um eixo curto de 0,016 mm e um eixo longo de 0,5 mm. A velocidade de varredura é de 50 m/s. A densidade de potência calculada do laser foi de 3,2x107 W/cm2 e a densidade de energia do laser foi de 3,2 J/mm2. As linhas de pontuação formadas são perpendiculares à direção de laminação da chapa de aço. O espaço entre linhas de pontuação adjacentes é de 4 mm. Em seguida, o aço foi submetido ao recozimento em alta temperatura a 1250 °C durante 20 horas. Em seguida, o MgO residual que não reagiu foi lavado. Finalmente, um revestimento isolante foi aplicado à superfície da chapa de aço, e o recozimento final foi desempenhado para obter uma chapa de aço silício acabada.[0079] Grain-oriented silicon steel has been subjected to ironmaking, steelmaking, continuous casting and hot rolling process. Then a single cold rolling was carried out to roll the steel to a final thickness of 0.195 mm. Then, decarburization annealing was performed to form a surface oxide layer. Then, the steel was coated with a MgO separator on the surface to obtain a film with a thickness of about 9.5 μm. Then, a YAG laser was used to engrave linear grooves at equal intervals along the rolling direction of the steel sheet. The laser has an output power of 2000 W and an average single pulse width of 800 ns. The zone formed by the laser focusing on the surface of the steel sheet was elliptical with a short axis of 0.016 mm and a long axis of 0.5 mm. The scanning speed is 50 m/s. The calculated laser power density was 3.2x107 W/cm2 and the laser energy density was 3.2 J/mm2. The score lines formed are perpendicular to the rolling direction of the steel sheet. The space between adjacent score lines is 4 mm. The steel was then subjected to high-temperature annealing at 1250 °C for 20 hours. Then, the residual unreacted MgO was washed away. Finally, an insulating coating was applied to the surface of the steel sheet, and final annealing was performed to obtain a finished silicon steel sheet.
[0080] As propriedades magnéticas foram medidas de acordo com "GB/T 3655-2008 Methods of Measuring Magnetic Properties of Electrical Steel Sheet and Strip by Epstein Frame". O fator de laminagem foi determinado de acordo com "GB/T 19289-2003 Methods of Measuring Density, Resistivity and Lamination Factor of Electrical Steel Sheet and Strip". Os resultados da medição dos Exemplos e Exemplos Comparativos são mostrados na Tabela 4.[0080] Magnetic properties were measured in accordance with "GB/T 3655-2008 Methods of Measuring Magnetic Properties of Electrical Steel Sheet and Strip by Epstein Frame". The rolling factor was determined in accordance with "GB/T 19289-2003 Methods of Measuring Density, Resistivity and Lamination Factor of Electrical Steel Sheet and Strip". The measurement results of the Examples and Comparative Examples are shown in Table 4.
[0081] No Exemplo 4, a espessura do filme formado pelo separador de MgO foi ajustada para fazer a razão entre a densidade de energia e a espessura do filme dentro da faixa da presente invenção, de modo que o óxido de magnésio funciona como um separador e como um filme protetor. O óxido de magnésio residual foi lavado juntamente com os salpicos e semelhantes após recozimento a uma temperatura elevada. Como pode ser visto a partir da comparação dos Exemplos e Exemplos Comparativos acima, quando os parâmetros de processo do laser estão dentro do escopo da presente invenção, uma chapa de aço silício tendo domínios magnéticos refinados e reduzida perda de ferro pode ser obtida. Quando os parâmetros de processo do laser estão além do escopo da invenção, a chapa de aço silício obtida tem uma alta perda de ferro ou um baixo fator de laminagem.[0081] In Example 4, the thickness of the film formed by the MgO separator was adjusted to make the ratio between the energy density and the film thickness within the range of the present invention, so that the magnesium oxide functions as a separator and as a protective film. The residual magnesium oxide was washed away along with splashes and the like after annealing at a high temperature. As can be seen from the comparison of the above Examples and Comparative Examples, when the laser process parameters are within the scope of the present invention, a silicon steel sheet having refined magnetic domains and reduced iron loss can be obtained. When the laser process parameters are beyond the scope of the invention, the obtained silicon steel sheet has a high iron loss or a low rolling factor.
[0082] Em resumo, a presente invenção forma sulcos lineares na superfície da chapa de aço aplicando um filme protetor e uma varredura a laser única. Uma vez que o filme protetor tem as características de absorção no laser, assegura- se que a morfologia dos sulcos formados é controlável, a perda de ferro da chapa de aço silício acabada é notavelmente reduzida e o fator de laminagem não é significativamente deteriorado. O aço silício da presente invenção é particularmente adequado para a fabricação de transformadores de núcleo de ferro enrolado. O método da invenção tem as vantagens de processo simples,alta eficiência de produção e alto valor de aplicação e perspectiva de aplicação. [0082] In summary, the present invention forms linear grooves on the surface of the steel sheet by applying a protective film and a single laser scan. Since the protective film has the characteristics of laser absorption, it is ensured that the morphology of the formed grooves is controllable, the iron loss of the finished silicon steel sheet is remarkably reduced, and the rolling factor is not significantly deteriorated. The silicon steel of the present invention is particularly suitable for manufacturing iron core wound transformers. The method of the invention has the advantages of simple process, high production efficiency and high application value and application prospect.
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