BR112020015012B1

BR112020015012B1 - Método para fabricar aço silício com grão orientado com baixa perda de ferro e resistente ao recozimento de alívio de tensão

Info

Publication number: BR112020015012B1
Application number: BR112020015012-6A
Authority: BR
Inventors: Shuangjie Chu; Guobao Li; Yongjie Yang; Zipeng Zhao; Changsong Ma; Kanyi Shen; Meihong Wu; Yaming Ji; Huabing Zhang; Zhuochao Hu
Original assignee: Baoshan Iron & Steel Co., Ltd
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2023-05-02
Also published as: EP3748019A4; US11459634B2; CN110093486B; WO2019148742A1; CA3088327A1; KR102507090B1; MX2020007830A; JP2021512218A; US20200362433A1; BR112020015012A2; KR20200096298A; CA3088327C; CN110093486A; RU2746618C1; EP3748019B1; JP7210598B2; EP3748019A1

Abstract

MÉTODO PARA FABRICAR AÇO SILÍCIO COM GRÃO ORIENTADO COM BAIXA PERDA DE FERRO E RESISTENTE AO RECOZIMENTO DE ALÍVIO DE TENSÃO. É divulgado um método para fabricar aço silício com grão orientado com baixa perda de ferro e resistente ao recozimento de alívio de tensão, o método compreendendo: realizar, por meio de laser de pulso, o ranhuramento de varredura em uma única superfície ou em duas superfícies de uma chapa de aço silício após passe a frio, ou após recozimento por descarbonetação, ou após recozimento em alta temperatura ou após estiramento a quente, passe de encruamento e recozimento, e formação de várias ranhuras paralelas entre si em uma direção de passe da chapa de aço silício, em que uma única largura de tempo de pulso do laser de pulso é de 100 ns ou menos, e a densidade de energia de pico de um único pulso é de 0,05 J/cm2 ou mais; a densidade de energia de uma única varredura de um único feixe de laser é de 1 J/cm2 a 100 J/cm2; um ponto de feixe do laser de pulso é um único ponto de feixe ou uma combinação de uma pluralidade de pontos de feixe, o formato do ponto (...).

Description

Campo técnico

[001] A presente invenção refere-se a um método para fabricar aço silício com grão orientado com baixa perda de ferro e resistente ao recozimento de alívio de tensão e, mais particularmente, a um método para fabricar aço silício com grão orientado com marcação com laser e resistente ao recozimento de alívio de tensão.

Antecedentes técnicos

[002] Nos últimos anos, os problemas globais ambientais e de energia se tornaram cada vez mais proeminentes, e a demanda por economia de energia e redução de consumo tem aumentado. Em 2011, as perdas totais durante a transmissão e distribuição de energia na China foram de cerca de 287,4 bilhões de kWh, das quais a perda dos núcleos de transformadores de aço silício com grão orientado representou cerca de 20% da perda total. Diante disso, a redução da perda de ferro do aço silício com grão orientado traz enormes benefícios econômicos e sociais. Além disso, o ruído do transformador causado pela magnetostrição e pela distorção da linha de campo magnético do aço silício com grão orientado atraiu muita atenção. Portanto, reduzir o nível de ruído do transformador também é uma direção importante para melhorar o desempenho do aço silício com grão orientado.

[003] Atualmente, os principais métodos para aprimorar a perda de ferro e o nível de ruído do aço silício com grão orientado são os seguintes: 1) Método metalúrgico: otimiza os parâmetros de composição e processo para obter uma estrutura de recristalização secundária perfeita e melhorar o grau de orientação. 2) Controle de tensão: aprimora a tensão do revestimento na superfície do substrato, refina o domínio magnético e reduz a perda de ferro. 3) Marcação: usa laser, mecânica, feixe de elétrons, plasma, erosão química e outros meios para marcar a superfície do aço silício e aplica tensão para refinar os domínios magnéticos, reduzindo assim a perda de ferro.

[004] Atualmente, o grau de orientação dos grãos de aço silício com grão orientado foi elevado a um nível relativamente alto por métodos metalúrgicos, e o ângulo de desvio médio da orientação de grãos no aço Hi-B é menor que 5°. Portanto, a técnica para aprimorar o desempenho do aço silício com grão orientado concentra-se principalmente na melhoria da tensão do revestimento e do processo de marcação.

[005] A marcação na superfície do aço silício com grão orientado pode refinar domínios magnéticos, reduzindo assim a perda de ferro. Geralmente, a técnica de marcação pode ser dividida em duas categorias. Um tipo é a técnica de marcação que não é resistente ao recozimento de alívio de tensão, também conhecida como técnica de marcação não resistente ao calor. Nessa técnica, uma região linear de tensão térmica é formada na superfície da chapa de aço silício em um determinado espaçamento por um laser, um feixe de plasma, um feixe de elétrons ou similares para provocar domínios submagnéticos em torno da região, reduzindo assim a largura dos domínios magnéticos principais e alcançar o objetivo de reduzir a perda de ferro. No entanto, o refinamento de domínios magnéticos por meio dessa técnica desaparece após o recozimento de alívio de tensão. Os produtos assim obtidos são geralmente usados para fabricar transformadores de núcleo de ferro laminado que não requerem recozimento. O outro tipo é a técnica de marcação que é resistente ao recozimento de alívio de tensão, também conhecida como técnica de marcação resistente ao calor. A técnica industrial existente envolve principalmente a formação de zonas de dilatação linear, ou seja, ranhuras lineares, na superfície do substrato de aço silício com grão orientado por erosão mecânica ou eletroquímica, etc., para redistribuir a energia magnetostática do sistema em torno da zona de dilatação e reduzir a largura dos domínios magnéticos principais. Assim, a redução da perda de ferro é alcançada. O refinamento de domínios magnéticos não se deteriora após o recozimento de alívio de tensão, e o produto assim obtido pode ser usado para fabricar transformadores de núcleo enrolado que requerem recozimento de alívio de tensão.

[006] Inicialmente, os produtos de aço silício com grão orientado com marcação resistente ao calor eram produzidos, em geral, por métodos mecânicos. Por exemplo, na patente dos EUA US4770720A, ranhuras lineares são formadas na superfície do aço silício com grão orientado por marcações mecânicas, como com rolos de engrenagem, de modo a alcançar marcações resistentes ao calor. No entanto, o substrato de aço silício com grão orientado com um teor de silício de cerca de 3% e a camada de silicato de magnésio na superfície têm dureza extremamente alta, e os rolos de engrenagem são fáceis de desgastar, resultando em perda desigual de ferro de todo o rolo, e o custo de produção é extremamente alto, o que não é propício para a produção em massa.

[007] O método de uso de corrosão por eletroquímica, feixe de elétrons e feixe de íons para produzir produtos de marcação resistentes ao calor também foi reportado anteriormente. Na patente dos EUA US7063780, a corrosão eletrolítica é usada para formar aço silício com grão orientado e marcação resistente ao calor. Primeiro, a chapa de aço silício com grão orientado com uma camada inferior é processada linearmente por um laser ou semelhante para expor o substrato metálico na região. A chapa de aço silício com grão orientado é então imersa no eletrólito para formar um par de eletrodos entre a chapa de aço silício e o eletrodo. O substrato é gravado eletroliticamente por meio do controle alternado das mudanças positivas e negativas no potencial do eletrodo, de modo que a região forma ranhuras lineares. Na patente dos EUA US5013374, depois que as ranhuras são formadas por corrosão de laser, feixe de elétrons e eletroquímica, etc., as ranhuras são preenchidas com metal(is) como Al que possui um coeficiente de expansão térmica diferente do substrato da chapa de aço silício por eletroforese ou pulverização. Depois disso, o substrato da chapa de aço silício é curado e sinterizado a 650 °C. A diferença entre os coeficientes de expansão térmica do enchimento e do substrato resulta na formação de tensão nessa região linear, e P17/50 pode ser reduzido em 8-12%. No entanto, os procedimentos e o controle de processo dos dois métodos acima são extremamente complicados, o custo de fabricação é elevado, e a velocidade de processamento é limitada.

[008] Na patente dos EUA US5146063, o revestimento da superfície do aço silício é pressionado no substrato metálico por feixe de elétrons para formar dilatação linear, de modo a alcançar o objetivo de refinar os domínios magnéticos. No entanto, esse método formará micro-saliências no outro lado da chapa de aço silício, reduzirá o coeficiente de laminação da chapa de aço silício e levará facilmente a uma diminuição no desempenho de isolamento da chapa de aço.

[009] Nos últimos anos, a técnica de produção de produtos de aço silício com grão orientado e marcação resistente ao calor, usando métodos com laser, tornou-se um ponto importante na pesquisa e desenvolvimento. Na patente dos EUA US7045025, a superfície de um substrato de aço silício antes ou após estiramento a quente, laminação (rolling) de encruamento 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 metálico são fundidos, resfriados e solidificados para formar uma zona de fusão. As propriedades magnéticas do produto acabado são controladas pela largura e profundidade da zona de refusão, reduzindo assim a perda de ferro da chapa de aço silício. Na patente chinesa CN102834529, um laser contínuo é usado para gravar a ranhura. Ao controlar a velocidade e a potência de varredura, as saliências de fusão a quente e a camada solidificada fundida são reduzidas, e o desempenho do aço silício orientado com grão orientado é aprimorado.

[0010] No entanto, todos os métodos de marcação resistentes ao calor com laser acima usam lasers contínuos ou pulsados tradicionais. Devido ao alto ponto de fusão e à rápida velocidade de condução de calor do aço, todos os métodos com o uso de lasers tradicionais para alcançar uma marcação resistente ao calor resultam em diferentes graus de acumulação de material fundido, e pode haver inclusive deformação térmica da chapa de aço e eficiência de utilização de energia do laser extremamente baixa. Além disso, a qualidade da marcação é difícil de controlar, resultando em propriedades magnéticas instáveis do produto, e o efeito de aprimoramento é bastante restrito.

[0011] As técnicas de refinamento de domínio magnético resistentes ao calor com laser reportadas até agora usam fontes de luz de laser de pulso ou fontes de luz de laser contínuas. O princípio de tal técnica é o uso de um laser de feixe de alta energia para aquecer a placa de aço a uma temperatura de fusão ou mais e, assim, fundir o metal do substrato e formar salpicos de gotículas finas de metal derretido, ou o metal do substrato é diretamente aquecido para vaporizar, formando assim sulcos na superfície da chapa de aço silício. No processamento atual, como o aço tem uma temperatura de fusão elevada e uma velocidade de condução de calor rápida, quando a energia do laser é suficiente para fundir o aço e formar as ranhuras, a maior parte da energia do laser é perdida através da condução térmica do substrato metálico, resultando em uma grande zona de difusão térmica e zona de tensão térmica formada no substrato, que não apenas provoca facilmente deformação térmica e distorção da placa de aço, mas também pode causar deterioração das propriedades magnéticas. Ao mesmo tempo, as gotículas de metal respingado e a escória residual são facilmente depositadas em ambos os lados das ranhuras, resultando em ranhuras desiguais, baixa estabilidade de controle do formato da ranhura e, portanto, propriedades magnéticas instáveis. A escória acumulada faz com que a borda seja muito saliente, o que diminui significativamente não apenas o coeficiente de laminação da chapa de aço silício, mas também tem um efeito adverso na resistência à corrosão e no desempenho de isolamento da chapa de aço silício.

Sumário da Invenção

[0012] Um objetivo da presente invenção é prover método para fabricar um aço silício com grão orientado com baixa perda de ferro e resistente ao recozimento de alívio de tensão. O método supera as deficiências do processo de marcação com laser resistente ao calor existente, e reduz bastante a influência térmica, a saliência de material fundido, e a zona afetada pelo calor durante o processo de marcação com laser, e não há deterioração do formato da placa. A chapa de aço silício com grão orientado produzida possui um efeito de refinamento notável no domínio magnético, baixa perda de ferro e nenhuma redução nos coeficientes de laminação.

[0013] Para alcançar o objetivo acima, as soluções técnicas da presente invenção são as seguintes.

[0014] Um método para fabricar aço silício com grão orientado, com baixa perda de ferro e resistente ao recozimento de alívio de tensão, compreendendo: submeter o aço silício à fundição de ferro, fundição de aço, lingotamento contínuo, laminação a quente, laminação a frio única ou dupla, seguida de recozimento por descarbonetação, revestimento de um agente de separação à base de MgO na superfície do aço, recozimento a alta temperatura e, finalmente, aplicação de um revestimento de isolamento na superfície do aço e realização de estiramento a quente, laminação de encruamento e recozimento, obtendo assim um produto acabado, em que o método compreende, adicionalmente: realizar, por meio de laser de pulso, o ranhuramento de varredura em uma única superfície ou em ambas as superfícies da chapa de aço silício resultante após laminação a frio, ou após recozimento por descarbonetação, ou após recozimento em alta temperatura ou após estiramento a quente, laminação de encruamento e recozimento, e formação de várias ranhuras paralelas entre si em uma direção de laminação da chapa de aço silício; em que uma única largura de tempo de pulso do laser de pulso é de 100 ns ou menos, e a densidade de energia de pico de um único pulso é de 0,05 J/cm2 ou mais; a densidade de energia de um único feixe de laser em uma única varredura Es é de 1 J/cm2 a 100 J/cm2; ponto(s) de feixe do laser de pulso é um único ponto de feixe ou uma combinação de uma pluralidade de pontos de feixe, a combinação de uma pluralidade de pontos de feixe é composta por uma pluralidade de pontos de feixe dispostos linearmente ao longo da direção de varredura, o número de pontos de feixe é 2 ~ 300; no único ponto de feixe ou na combinação de uma pluralidade de pontos de feixe, o formato do(s) ponto(s) de feixe é/são circular(es) ou elíptico(os) e o diâmetro a do(s) ponto(s) de feixe em uma direção de varredura é de 5 μm a 1 mm, e o diâmetro b do(s) ponto(s) do feixe em uma direção perpendicular à direção de varredura é de 5 μm a 300 μm; o valor médio do espaçamento dm entre os pontos de feixe da combinação de uma pluralidade de pontos de feixe na direção de varredura está entre c/5 e 5c, em que c é o diâmetro médio dos pontos de feixe na direção de varredura; e quando o ranhuramento de varredura é realizado na mesma posição na chapa de aço silício, o produto do número de pontos de feixe do laser de pulso e dos tempos de varredura é 5 ou mais.

[0015] Além disso, na presente invenção, o ranhuramento de varredura é realizado em uma única superfície ou em ambas as superfícies da chapa de aço silício após o estiramento a quente, laminação de encruamento e recozimento; após o ranhuramento, a chapa de aço silício é revestida com revestimento(s) de isolamento secundário em uma ou ambas as superfícies da mesma e é então sinterizada.

[0016] Além disso, as ranhuras formadas na superfície da chapa de aço silício da presente invenção têm uma profundidade de 5 a 35 μm e uma largura de 8 a 310 μm. A altura dos depósitos formados pelo processamento com laser em ambos os lados das ranhuras é de 2,5 μm ou menos, e o ângulo entre as ranhuras e a direção lateral da chapa de aço silício é de 45° ou menos.

[0017] Na presente invenção, quando uma superfície única da chapa de aço silício com grão orientado é ranhurada, o espaçamento entre ranhuras adjacentes na direção de laminação da chapa de aço silício é de 1 a 10 mm. Quando ambas as superfícies da chapa de aço silício com grão orientado são ranhuradas, o espaçamento entre ranhuras adjacentes na direção de laminação da chapa de aço silício é de 2 a 20 mm.

[0018] Preferencialmente, o comprimento de onda da onda de luz do laser é de 0,3~3 μm.

[0019] As soluções técnicas da presente invenção serão descritas em detalhes abaixo.

[0020] O aço de silício com grão orientado convencional é formado em produtos acabados através das seguintes etapas e depois subcontratado para entrega: fundição de ferro, fundição de aço, lingotamento contínuo, laminação a quente, laminação a frio única ou dupla para espessura final, e seguida de recozimento por descarbonetação, revestimento de um agente de separação à base de MgO na superfície, recozimento a alta temperatura para formar uma recristalização secundária completa e subcamada de silicato de magnésio, e, finalmente, um revestimento de isolamento na sua superfície e realização de estiramento a quente, laminação de encruamento e recozimento. A invenção é adequada para a fabricação de aço silício com grão orientado convencional. O método da invenção utiliza laser de pulso instantâneo de alta energia para varredura e formação de ranhuras na superfície da chapa de aço silício. O processamento da ranhura pode ser realizado antes ou após o recozimento por descarbonetação, ou antes ou após o estiramento a quente, a laminação de encruamento e o recozimento. As chapas ou tiras de aço silício com grão orientado, que são marcadas após estiramento a quente, laminação de encruamento e recozimento, podem ou não ser revestidas com revestimento(s) isolante(s) secundários e sinterizadas após serem ranhuradas.

[0021] Os inventores descobriram através de pesquisas que o uso de um laser de pulso com uma pequena largura de tempo pode aumentar a energia instantânea, e controlar efetivamente a deformação da placa de aço causada pela fusão e difusão térmicas. Além disso, o encurtamento da largura do tempo de pulso pode reduzir significativamente o efeito térmico, a fusão térmica e o respingo de metal do material. Na presente invenção, quando a largura de tempo de um único pulso de laser é de 100 ns ou menos, a energia de pulso instantânea no laser aumenta bastante, a profundidade da ranhura obtida pelo processamento pode estar na faixa de 5~35 μm, e a altura dos depósitos em ambos os lados pode ser de 2,5 μm ou menos, obtendo assim produtos de aço de silício com grão orientado com excelentes propriedades magnéticas e bons coeficientes de laminação.

[0022] Na presente invenção, o comprimento de onda do laser de pulso usado não é limitado, mas varia, preferencialmente, de 0,3 a 3 μm. Dentro dessa faixa preferencial, o coeficiente de absorção de laser do material de aço silício com grão orientado é relativamente alto, de modo que é possível obter melhor eficiência de processamento.

[0023] A densidade de energia de pico de um único pulso do laser de pulso usado na presente invenção é de 0,05 J/cm2 ou mais. Isso ocorre porque quando a densidade de energia de pico de pulso único do laser de pulso é menor que 0,05 J/cm2, a energia do laser é muito baixa, o que resulta em uma eficiência de ranhuramento extremamente baixa na superfície do aço silício com grão orientado, e pode, inclusive, não formar ranhuras, e não possui valor de aplicação.

[0024] Na presente invenção, o ponto de feixe do laser usado para processamento pode ser um único ponto de feixe ou uma combinação de uma pluralidade de pontos de feixe. Como mostrado na Figura 1, no único ponto de feixe ou na combinação de uma pluralidade de pontos de feixe; o formato do(s) ponto(s) de feixe é/são circular(es) ou elíptico(os); o diâmetro a do ponto de feixe circular e o diâmetro a do ponto de feixe elíptico na direção de varredura de laser estão na faixa de 5 μm~1 mm, e o diâmetro b do ponto de feixe elíptico em uma direção perpendicular à direção de varredura de feixe é de 5 μm~300 μm; a combinação de uma pluralidade de pontos de feixe é composta por uma pluralidade de pontos de feixe dispostos linearmente ao longo da direção de varredura, com o número de pontos de feixe sendo de 2 a 300; o valor médio do espaçamento dm entre os pontos de feixe na direção de varredura na combinação de uma pluralidade de pontos de feixe formados na superfície da placa de aço está entre c/5 e 5c, em que c é o diâmetro médio dos pontos de feixe na direção de varredura. O espaçamento é limitado a essa faixa, de modo que o espaçamento dos feixes de laser traga tempo de resfriamento para impedir o acúmulo de material fundido na superfície do material devido à temperatura excessivamente alta. Na presente invenção, quando um tamanho de ranhura é obtido com um efeito de redução de perda de ferro, o modo do único ponto de feixe ou a combinação de uma pluralidade de pontos de feixe reduz os tempos de varredura do laser e aprimora a eficiência de varredura do laser.

[0025] Os inventores descobriram através de pesquisas que, para impedir a formação de depósitos de material fundido em ambos os lados da ranhura, é necessário reduzir apropriadamente a densidade de energia do único ponto de feixe e alcançar a profundidade desejada da ranhura por meio de varreduras múltiplas. O inventor determinou o número de pontos do feixe de laser e os tempos de varredura através de experimentos, ou seja, quando o ranhuramento de varredura é realizado na mesma posição na chapa de aço, o produto do número de pontos de feixe de laser e os tempos de varredura são 5 ou mais, que alcança o duplo objetivo de controlar o acúmulo de material fundido e reduzir a perda de ferro. Quando o produto é menor que 5, o objetivo de reduzir a perda de ferro pode ser alcançado aumentando a energia do laser, mas o fenômeno da fusão térmica é sério. O material fundido se acumula em ambos os lados das ranhuras, reduzindo bastante o coeficiente de laminação da chapa de aço silício. Se a fusão térmica for controlada pela redução da energia, a profundidade da ranhura desejada não poderá ser alcançada, nem o objetivo de refinar significativamente os domínios magnéticos e reduzir a perda de ferro da chapa de aço silício.

[0026] Para a fonte de laser de pulso instantâneo de alta energia, a densidade de fluxo de energia de um único feixe de laser em uma única varredura Es é derivada a partir da seguinte fórmula:

em que EP é a densidade de energia de pico de um único pulso na unidade de J/cm2, e possui a seguinte relação:

fr é a frequência de repetição do pulso de laser em Hz; P é a potência de saída do laser em W; S é a área do ponto do feixe de laser em cm2; Vc é a velocidade de varredura do feixe de laser em cm/s, e a direção de varredura do feixe de laser é aproximadamente paralela à direção lateral da placa de aço; a é o diâmetro do ponto de feixe na direção da varredura, em cm.

[0027] Na presente invenção, a densidade de fluxo de energia de um único feixe de laser em uma única varredura Es varia de 1 J/cm2 a 100 J/cm2. Quando a densidade de fluxo de energia Es não está na faixa acima, ocorre deposição térmica séria quando as ranhuras são formadas por ablação por laser, resultando em acúmulo de material fundido na borda das ranhuras e na redução do coeficiente de laminação da chapa de aço silício com grão orientado.

[0028] Na presente invenção, um laser de pulso instantâneo de alta energia é usado para realizar a microusinagem linear em uma única superfície ou em ambas superfícies de uma chapa de aço silício para formar ranhuras. A ranhura possui uma profundidade de 5~30 μm e uma largura de 8~310 μm. Quando a profundidade da ranhura é menor que 5 μm ou a largura da ranhura é menor que 8 μm, o efeito da marcação no refinamento de domínios magnéticos não é óbvio, e a redução da perda de ferro é limitada. Quando a profundidade da ranhura é maior que 30 μm ou a largura é maior que 310 μm, o vazamento de fluxo magnético nas ranhuras é grande, resultando em uma diminuição na indução magnética, e são necessárias várias varreduras para formar o tamanho de ranhura desejado, ou seja, a eficiência da marcação com laser é baixa.

[0029] Na presente invenção, quando uma superfície única da chapa de aço silício com grão orientado é ranhurada, o espaçamento entre ranhuras adjacentes na direção de laminação é de 1 a 10 mm. Quando ambas as superfícies da chapa de aço silício com grão orientado são ranhuradas, o espaçamento entre ranhuras adjacentes na direção de laminação é de 2 a 20 mm. No caso da marcação com laser em uma única superfície de uma chapa de aço silício com grão orientado, quando o espaçamento entre as ranhuras adjacentes na direção de laminação é menor que 1 mm, o número de linhas de marcação é grande, o que reduz significativamente a indução magnética de a chapa de aço silício com grão orientado. Quando o espaçamento entre as ranhuras adjacentes na direção de laminação é maior que 10 mm, o refinamento do domínio magnético pelas linhas de marcação é limitado, e a redução da perda de ferro não é óbvia. No caso de marcação por laser nas duas superfícies de uma chapa de aço silício com grão orientado, quando o espaçamento entre as ranhuras adjacentes na direção de laminação for menor que 2 mm ou maior que 20 mm, os problemas acima também ocorrerão. Os efeitos benéficos da invenção:

[0030] Na presente invenção, uma fonte de laser de pulso instantâneo de alta energia é usada para executar processamento sem fusão a quente para formar ranhuras, obtém aço silício com grão orientado e com marcação resistente ao calor com baixa perda de ferro, e reduz enormemente a influência do calor, a saliência de material fundido e zona afetada pelo calor durante o processamento da ranhura. As bordas das ranhuras marcadas são planas, a altura das saliências ou depósitos é pequena e o formato da placa é bom. O efeito de refinamento do domínio magnético da chapa de aço silício com grão orientado é notável, a perda de ferro é baixa e o coeficiente de laminação é mantido. Portanto, os transformadores de núcleo enrolado feitos de chapa de aço silício com grão orientado têm as características de baixa perda e baixo ruído.

[0031] Na presente invenção, um laser de pulso instantâneo de alta energia é usado para marcar a chapa de aço silício com grão orientado, e o produto do número de pontos do feixe de laser e os tempos de varredura são muito maiores do que os métodos de marcação por laser existentes. O método da invenção não apenas reduz significativamente o efeito térmico e a acumulação de calor, garante que a placa de aço não seja deformada e também controla efetivamente os depósitos e respingos de metal em ambos os lados da ranhura. A altura dos depósitos em ambos os lados da ranhura é controlada para 2,5 μm ou menos, assegurando que o coeficiente de laminação do aço silício com grão orientado não diminua e, assim, obtenha melhor qualidade de marcação e desempenho do produto acabado com melhor eficiência energética do laser. A chapa de aço silício com grão orientado produzida possui um efeito de refinamento notável no domínio magnético, baixa perda de ferro e nenhuma redução no coeficiente de laminação.

Breve Descrição das Figuras

[0032] A FIG. 1 é um diagrama esquemático do único ponto de feixe de laser e a combinação de uma pluralidade de pontos de feixe usados na presente invenção.

Descrição Detalhada

[0033] A presente invenção será descrita adicionalmente abaixo com referência aos Exemplos e figuras.

Exemplo 1.

[0034] O aço silício com grão orientado foi submetido a fundição de ferro, fundição de aço e lingotamento contínuo para obter um tarugo contendo C: 0,07%, Si: 3,1%, Mn: 0,14%, Al: 0,020%, N: 0,01%, S: 0,01% em massa. Em seguida, o tarugo foi submetido a laminação a quente e laminação a frio única para alcançar uma espessura final de 0,23 mm. Após realizar o recozimento por descarbonetação para formar uma camada de óxido de superfície, revestindo um agente de separação de recozimento contendo MgO como o principal componente na superfície, e recozimento de alta temperatura a 1250 °C por 20 horas. Após a lavagem do MgO residual não reagido, a marcação resistente ao calor a laser foi realizada em uma única superfície da placa de aço. Os parâmetros da marcação de varredura por laser foram os seguintes: a largura do tempo de pulso do laser foi de 10 ns, o comprimento de onda do laser foi de 1066 nm, a frequência de repetição foi de 800 KHz, o diâmetro b do ponto de feixe perpendicular à direção da varredura foi de 50 μm, o espaçamento dm entre pontos de feixe em um grupo de pontos de feixe foi de 10 μm, e o número de pontos de feixe foi de 5. A profundidade das ranhuras formadas pela marcação foi controlada para 15-18 μm, e a largura foi controlada para 50-55 μm. O ângulo entre a ranhura e a direção lateral da placa de aço é de 8°, e o espaçamento entre as ranhuras adjacentes na direção de laminação é de 4,5 mm. A Tabela 1 mostra os parâmetros do processo de marcação específico. Após a marcação, o recozimento final foi realizado para aplicar o revestimento de tensão.

[0035] O teste de Epstein com 0,5 kg de acordo com a norma técnica chinesa GB/T3655-2008 foi utilizado para a medição magnética das chapas de aço silício. A norma técnica chinesa GB/T19289-2003 foi usada para determinar o coeficiente de laminação das chapas de aço silício. Os resultados de medição dos Exemplos 1-10 e Exemplos Comparativos 1- 3 são mostrados na Tabela 2.

[0036] Como pode ser visto nas Tabelas 1 e 2, nos Exemplos 1-10, como a densidade de energia de pico de um único pulso Ep e a densidade de fluxo de energia de um único feixe de laser em uma única varredura Es estão dentro da faixa definida pela presente invenção, a perda de ferro P17/50 da chapa de aço silício após a marcação é de 0,75 W/kg ou menos, e o coeficiente de laminação permanece 95% ou mais. Nos Exemplos Comparativos 1 e 2, a densidade de fluxo de energia de um único feixe de laser em uma única varredura está fora da faixa da presente invenção. Embora a perda de ferro P17/50 seja boa nos Exemplos Comparativos 1 e 2, o coeficiente de laminação diminui significativamente. No Exemplo Comparativo 3, a densidade de energia de pico de um único pulso é muito baixa, o que resulta em efeitos de marcação ruins (quando os tempos de varredura chega a 30, a profundidade das ranhuras formadas pela marcação por laser é de apenas 3,3 μm) e alta perda de ferro, e, portanto, não tem valor industrial.

Exemplo 2.

[0037] O aço silício com grão orientado foi submetido a fundição de ferro, fundição de aço e lingotamento contínuo para obter um tarugo contendo C: 0,05%, Si: 3,7%, Mn: 0,10%, Al: 0,03%, N: 0,016%, S: 0,013% em massa. Em seguida, o tarugo foi submetido a laminação a quente e laminação a frio única para atingir uma espessura final de 0,26 mm. Após realizar o recozimento por descarbonetação para formar uma camada de óxido de superfície, revestindo um agente de separação de recozimento contendo MgO como o principal componente na superfície, e realizar recozimento de realizar alta temperatura a 1250 °C por 20 horas. Após a lavagem do MgO residual não reagido, foi realizado o estiramento a quente, a laminação de encruamento e o recozimento para aplicar um revestimento de tensão. Depois disso, a marcação por laser foi realizada nas superfícies superior e inferior da placa de aço. O comprimento de onda do laser é de 533 nm e a frequência de repetição é de 600 KHz. A largura do pulso, a potência de saída do laser, o tamanho do ponto do feixe, a combinação do ponto de feixe, a velocidade de varredura, os tempos de varredura e outros parâmetros foram ajustados para alcançar o efeito de marcação desejado. A Tabela 3 mostra os parâmetros do processo de marcação específico. As ranhuras são perpendiculares à direção de laminação da placa de aço. O espaçamento entre as ranhuras adjacentes na direção de laminação é de 6 mm. Após completar a marcação, o revestimento de isolamento foi aplicado novamente e secado e sinterizado para formar a chapa de aço silício final com grão orientado.

[0038] O teste de Epstein com 0,5 kg de acordo com a norma técnica chinesa GB/T3655-2008 foi utilizado para a medição magnética das chapas de aço silício. A norma técnica chinesa GB/T19289-2003 foi usada para determinar o coeficiente de laminação das chapas de aço silício. Os resultados de medição dos Exemplos 11-20 e Exemplos Comparativos 4-12 são mostrados na Tabela 4.

[0039] Como pode ser visto nas Tabelas 3 e 4, nos Exemplos 11-20, como a largura de pulso, tamanho do ponto de feixe, parâmetros da combinação de pontos de feixe e o produto do número de pontos de feixe e dos tempos de varredura estão todos dentro da faixa da presente invenção, a altura das saliências em ambos os lados da ranhura formada pela marcação é de 2,5 μm ou menos, e as propriedades magnéticas da chapa de aço silício são boas após o recozimento de alívio de tensão. Nos Exemplos Comparativos 4-12, como os parâmetros acima estão fora do alcance da presente invenção, a altura das saliências em ambos os lados da ranhura formada pela marcação é maior que 2,5 μm, a indução magnética ou o coeficiente de laminação é significativamente reduzido.

Exemplo 3.

[0040] O aço silício com grão orientado foi submetido a fundição de ferro, fundição de aço e lingotamento contínuo para obter um tarugo contendo C: 0,09%, Si: 2,9%, Mn: 0,12%, Al: 0,019%, N: 0,016%, S: 0,012% em massa. Em seguida, o tarugo foi submetido a laminação a quente e laminação a frio única para atingir uma espessura final de 0,22 mm. Depois de realizar o recozimento por descarbonetação para formar uma camada de óxido de superfície, foram marcadas microranhuras lineares na superfície da placa de aço usando um laser de pulso com uma largura de tempo de pulso de 0,5 nanossegundos. A potência de saída do laser era de 100 W, o comprimento de onda da onda de luz era de 533 nm e a frequência de repetição era de 200 KHz. O ponto de feixe focalizado na superfície da placa de aço era circular. O laser era uma combinação de múltiplos pontos de feixe, e o número de pontos de feixe era 20. O espaçamento entre os pontos de feixe no grupo de pontos de feixe foi de 40 μm e a velocidade de varredura por laser foi de 10 m/s. Os tempos de varredura, a direção da varredura e a direção do deslocamento da varredura foram ajustados para obter profundidades de ranhura, largura e ângulo diferentes entre a linha de marcação e a direção lateral da placa de aço. A Tabela 5 mostra os parâmetros do processo de marcação específico.

[0041] As amostras acima foram submetidas a um processo de recozimento por descarbonetação a uma temperatura de 830°C para formar uma camada de óxido de superfície. Em seguida, o agente de separação MgO foi aplicado na superfície da placa de aço. Após a placa de aço ser transformada em bobinas de aço, ela foi mantida sob condições de recozimento em alta temperatura a 1200°C por 20 horas. Finalmente, após a lavagem do MgO residual, um revestimento de isolamento foi aplicado na superfície da bobina de aço, e o estiramento a quente, a laminação de encruamento o e recozimento final foram realizados para obter uma chapa de aço silício acabada.

[0042] O teste de Epstein com 0,5 kg de acordo com a norma técnica chinesa GB/T3655-2008 foi utilizado para a medição magnética das chapas de aço silício. A norma técnica chinesa GB/T19289-2003 foi usada para determinar o coeficiente de laminação das chapas de aço silício. Os resultados de medição dos Exemplos 21-30 e Exemplos Comparativos 13-21 são mostrados na Tabela 6.

[0043] Como pode ser visto a partir das Tabelas 5 e 6, nos Exemplos 21-30, como os parâmetros de ranhura e a linha de marcação da marcação por laser estão dentro do escopo da presente invenção, tanto a perda de ferro P17/50 quanto a indução magnética B8 são boas. Por outro lado, nos Exemplos Comparativos 13-21, como os parâmetros de ranhura e a linha de marcação da marcação por laser estão fora do alcance da presente invenção, P17/50 é muito alto ou B8 é obviamente baixo.

[0044] Em resumo, a presente invenção utiliza laser instantâneo de alta energia para marcar a superfície do aço silício. O método da invenção possui as vantagens de alta eficiência de processamento e bom efeito de marcação, e é particularmente adequado para a fabricação de transformadores de núcleo de ferro bobinado de alta eficiência, que podem economizar a perda de energia causada pela transmissão e distribuição na rede elétrica com eficácia e possuem boa aplicabilidade. Tabela 1.

Tabela 2.

Tabela 3.

Tabela 4.

Tabela 5.

Tabela 6.

Claims

1. Método para fabricar aço silício com grão orientado com baixa perda de ferro e resistente ao recozimento de alívio de tensão, caracterizado pelo fato de que compreende: submeter o aço silício à fundição de ferro, fundição de aço, lingotamento contínuo, laminação a quente e laminação a frio única ou dupla, seguida de recozimento por descarbonetação, revestimento de um agente de separação à base de MgO na superfície do aço, e recozimento a alta temperatura; e finalmente, aplicação de um revestimento de isolamento na superfície do aço e realização de estiramento a quente, laminação de encruamento e recozimento, obtendo um produto acabado, em que o método compreende, adicionalmente: realizar, por meio de laser de pulso, o ranhuramento de varredura em uma única superfície ou em ambas as superfícies da chapa de aço silício resultante após laminação a frio, ou após recozimento por descarbonetação, ou após recozimento em alta temperatura ou após estiramento a quente, laminação de encruamento e recozimento, e formar ranhuras paralelas entre si em uma direção de laminação da chapa de aço silício; em que uma única largura de tempo de pulso do laser de pulso é de 100 ns ou menos, e uma densidade de energia de pico de um único pulso é de 0,05 J/cm2 ou mais; e a densidade de energia de um único feixe de laser em uma única varredura Es é de 1 J/cm2 a 100 J/cm2; em que o(s) ponto(s) de feixe do laser de pulso é um único ponto de feixe ou uma combinação de uma pluralidade de pontos de feixes, a combinação da pluralidade de pontos de feixes é composta por uma pluralidade de pontos de feixe dispostos linearmente ao longo de uma direção de varredura, o número de pontos de feixe é 2 à 300; em que no único ponto de feixe ou na combinação da pluralidade de pontos de feixes, o formato do(s) ponto(s) de feixe é/são circular(es) ou elíptico(os) e um diâmetro a do(s) ponto(s) de feixe na direção de varredura é de 5 μm a 1 mm, e um diâmetro b do(s) ponto(s) de feixe em uma direção perpendicular à direção de varredura é de 5 μm a 300 μm; em que um valor médio do espaçamento dm entre os pontos de feixe da combinação da pluralidade de pontos de feixes na direção de varredura está entre c/5 e 5c, onde c é um diâmetro médio dos pontos de feixe na direção de varredura; e em que o ranhuramento de varredura é realizado através de múltiplas varreduras para cada ranhura produzida na chapa de aço silício no ranhuramento de varredura, em que um produto do número de pontos de feixe do laser de pulso e um número de varreduras é 5 ou mais.

2. Método para fabricar aço silício com grão orientado com baixa perda de ferro e resistente ao recozimento de alívio de tensão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ranhuramento de varredura é realizado após estiramento a quente, laminação de encruamento e recozimento; após o ranhuramento de varredura, a chapa de aço silício é revestida com revestimento(s) de isolamento secundário em uma ou ambas as superfícies da mesma e é então sinterizada.

3. Método para fabricar aço silício com grão orientado com baixa perda de ferro e resistente ao recozimento de alívio de tensão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o comprimento de onda do laser de pulso é de 0,3 a 3 μm.

4. Método para fabricar aço silício com grão orientado com baixa perda de ferro e resistente ao recozimento de alívio de tensão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as ranhuras formadas na(s) superfície(s) da chapa de aço silício possuem uma profundidade de 5 a 35 μm e uma largura de 8 a 310 μm, e em que os depósitos em ambos os lados das ranhuras possuem uma altura de 2,5 μm ou menos, e o ângulo entre as ranhuras e a direção lateral da chapa de aço silício é de 45° ou menos.

5. Método para fabricar aço silício com grão orientado com baixa perda de ferro e resistente ao recozimento de alívio de tensão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, quando a superfície única da chapa de aço silício com grão orientado é ranhurada, o espaçamento entre ranhuras adjacentes na direção de laminação da chapa de aço silício é de 1 a 10 mm; quando ambas as superfícies da chapa de aço silício com grão orientado são ranhuradas, o espaçamento entre ranhuras adjacentes na direção de laminação da chapa de aço silício é de 2 a 20 mm.