CN102639726B - 低铁损、高磁通密度取向电工钢板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种取向电工钢板，是一种在表面形成有多个线状槽并经过磁畴细化处理的取向电工钢板，其中，将从钢板表面到底部的槽深度为H，且从钢板表面的深度为槽深度的4/5以上的底面的水平长度为W时，所述槽深度和底面的水平长度满足关系0.1≤2H/W≤2的低铁损高磁通密度取向电工钢板。并且，将磁畴细化处理的铁损改善效果极大化至约10-20％的同时，防止去应力退火后的磁通密度变差，从而可制造磁性极优秀的取向电工钢板。

Description

低铁损、高磁通密度取向电工钢板

技术领域

本发明涉及一种在变压器等中用作通过施加于线圈的电压利用为磁场的移动路径的铁芯等的取向电工钢板，更详细地讲，涉及一种在表面形成具有适当槽形成因子的磁畴细化槽以使去应力退火之后的铁损和磁通密度都优秀的取向电工钢板。

背景技术

取向电工钢板用具平行于轧制方向的{110}<001>方位的二次重结晶织构的硅钢(Si-Steel)制造，其制造方法自最初在美国专利第1,965,559号中被戈斯(N.P.Goss)公开以来，为了提高铁损性能，众多研究者发明和介绍了新的制造方法。

作为取向电工钢板的铁损降低方案，大致分为增大{110}<001>方位的织构取向性的方法、减少钢板厚度的方法、通过涂覆等施加张力的方法、以及利用激光或轧齿(gear roll)等进行磁畴细化处理的方法。

作为增大织构取向性的方法，美国专利第3159511号公开了如下方法：强化初次重结晶晶粒的晶粒生长抑制力，从{110}<001>高斯(Goss)方位生长偏差小的二次重结晶晶粒的方法。

作为减少钢板厚度的方法，美国专利第3287183号公开了通过减少涡流导致的损失来改善铁损的方法。

关于磁畴细化方法，在日本专利公报第58-26405号和美国专利第4203784号中有公开：磁畴细化是一种在钢板表面使用激光或机械方法在与轧制方向垂直的方向上进行从而减少铁损的方法。

磁畴细化方法根据去应力退火之后是否维持磁畴细化处理所带来的磁性能改善效果大致分为临时磁畴细化方法(temporary magneticdomain refining method)和永久磁畴细化方法(permanent magneticdomain refining method)。

临时磁畴细化方法是一种形成90°域(Domain)用以使通过用热能或机械能在钢板表面施加局部压应力而产生的磁弹能最小化的磁畴细化技术。

临时磁畴细化技术根据实施磁畴细化所需的能源可包括，1)激光磁畴细化法、2)球擦法(ball scratching)、3)使用等离子体的磁畴细化法和4)使用超声波的磁畴细化法，如日本专利特开昭57-2252B和58-5968B、以及日本专利特开平7-072300中所公开。使用激光、球、等离子体或超声波，在电工钢板表面形成局部压应力部，从而实现磁畴的微细化。

但是，由于这种临时磁畴细化方法会导致钢板表面的绝缘涂覆层的破损，因此需要重新涂覆；或由于在中间操作中而非在最终操作中进行磁畴细化处理，因此制造费用增加，且在去应力退火之后丧失磁畴细化效果。另外，由于使用激光、钢球压痕(ball indentation)、等离子体以及超声波作为能源，因此，为了调节与钢板的压缩应变层相对应的区域，需增加能量输入，然而这导致磁畴细化时的表面破损。

即使在热处理之后还可维持铁损改善效果的永久磁畴细化方法，可举例的有蚀刻法和辊法。

作为蚀刻法，日本专利特开平6-57857公开了如下的方法：在电工钢板表面用感光性树脂包覆之后，使用光蚀刻、激光或等离子体而使表面树脂解吸附，之后在溶液内通过电化学方法在钢板表面形成具有5-300μm宽度和100μm深度的槽。这种蚀刻法存在缺点，由于通过在酸性溶液中的电化学蚀刻反应而在钢板表面形成槽，因此难以控制槽的形状(槽宽、槽深度)，且还由于在生产钢板的中间过程(热退火之前的脱碳退火)形成槽，因此难以保证最终产品的铁损性能。此外，该方法因使用酸性溶液，因此对环境不友好。

通过辊的永久磁畴细化法，是使用具有突起的辊通过加压在钢板表面形成槽的方法。日本专利特开平5-202450公开了在钢板表面形成具有300μm以下的宽度和5μ深度的槽的方法。这种通过辊的永久磁畴细化法，是对钢板进行永久磁畴细化处理后进行退火以使槽底部产生重结晶，从而磁畴细化的技术。但是其具有机械加工稳定性和可靠性低、过程复杂的缺点。

不仅如此，蚀刻法和辊法等永久磁畴细化技术，虽然通过磁畴细化而达到了降低铁损的效果，但具有去应力退火之后磁通密度降低的问题。

发明内容

技术问题

本发明是为解决以上所述的现有技术中存在的问题而提出的，其目的在于，提供一种例如具有低铁损、高磁通密度等优良磁性能的取向电工钢板，其表面形成有具有适当槽形成因子的磁畴细化槽，从而铁损低、且即使去应力退火之后磁通密度也不会变差。

技术方案

为解决所述问题而提出的本发明的低铁损高磁通密度取向电工钢板，是在表面形成多个线状槽并通过磁畴细化处理的取向电工钢板，其特征在于，将从钢板表面到其底部的槽深度为H，从钢板表面的深度为槽深度的4/5以上的底面的水平长度为W时，所述槽深度和底面的水平长度满足以下式1的关系。

[式1]0.1≤2H/W≤2。

其特征在于，所述槽以宽度4-300um、深度3-30um形成，沿轧制方向以2-15mm的间隔排列。

其特征在于，所述底面的水平长度和开口部的槽宽度满足以下式2的关系。

[式2]W≥0.4L(L为开口部的槽宽度)

其特征在于，在所述电磁钢板的表面形成的多个线状槽中的至少一个具有U形、W形、梯形、矩形和半圆形中的任意一种剖面形状。

其特征在于，所述槽通过由高输出激光发射的激光束照射到钢板表面而形成。

其特征在于，所述钢板由小于0.30mm的薄度或0.30mm以上的厚度构成。

其特征在于，所述钢板与磁畴细化前对比，去应力退火后的铁损降低率为10％以上、去应力退火后的磁通密度减少率为小于1％。

有益效果

通过本发明，能够将磁畴细化处理的铁损改善效果极大化至约10-20％的同时，防止去应力退火后的磁通密度变差，从而可制造磁性极优秀的取向电工钢板。

附图说明

图1是通过激光形成的表面槽形状的立体图。

图2是根据本发明的钢板表面的槽形状的示意图。

图3是表示根据本发明的磁畴细化槽剖面的剖面图。

具体实施方式

为解决现有技术中未认识到的因磁畴细化槽的热影响区而磁通密度变差的问题，本发明人反复进行了数次研究和实验，其结果，首次发现对现有技术中未提示过的磁畴细化处理的钢板表面的槽形成因子进行控制，从而尽量使去应力退火之后的铁损降低效果最大化的同时，还可抑制起因于热影响区的磁通密度变差的现象。

首先，用现有的方法控制激光输出和照射速度，从而在二次结晶之后的钢板表面形成各种宽度和深度的磁畴细化槽。观察以这种方式形成的磁畴细化槽，其结果是均以楔子状(V字型)形成，以任何宽度和深度形成槽也无法将去应力退火后的铁损和磁通密度改善至现有水准以上。这被认为是磁畴细化槽的形成过程中生成的热影响区成为去应力退火后磁性变差的很大因素，由此得出结论，只控制磁畴细化槽的宽度和深度或者它们之间的关系，不会解决去应力退火后的磁性变差的问题。

进而，为了确认磁畴细化槽下部的底面对于防止由于热影响区而导致的磁性变差是否有影响，进行了数次实验，其结果发现，采用不是现有技术中已知的新的槽形成因子，由此可制造去应力退火后具有现有技术无法达到的高水准的磁通密度的取向电工钢板。

本发明的主旨如下。

本发明涉及一种在二次重结晶后的钢板表面形成多个线状槽从而提供经磁畴细化处理的取向电工钢板，其特征在于，从钢板表面到底部的槽深度(H)和由底面的水平长度(W)来定义的槽形成因子(2H/W)满足以下式1的关系。

[式1]0.1≤2H/W≤2

在此，底面是指从钢板表面的深度为槽深度的4/5以上的部分。

以下，以本发明人实施的具体实验内容为基础，对本发明进行更详细的说明。

向二次重结晶后的钢板上照射激光束，从而在钢板表面形成磁畴细化槽。通过激光的槽形成使用毫微微秒(Femto-Second)激光器和钇铝石榴石(Nd-YAG)激光器，在10KHz-200MHz频率和6-100Watts强度范围内调节输入并发射激光束而实行，由此在钢板表面能形成多种宽度和深度的槽。这样，由激光器照射的光束通过光束形成镜和聚焦镜被设置为照射至钢板表面，使用多种形状和焦距的多种光束形成镜和聚焦镜，并对其配置位置和距离调节以及角度进行控制，从而将槽的形状变化成楔子形(V形)、U形、W形、半圆形、矩形、梯形等各种形状。其结果，沿与钢板的移动方向垂直的方向，在钢板表面可形成深度6-15μm、宽度6-50μm的尖锐的槽。

图1是以这种方式形成的槽形状的立体图，图2是根据本发明的钢板表面的槽形状的示意图，图3是表示根据本发明的磁畴细化槽剖面的剖面图。

参照图3，底部(B)等于磁畴细化槽的最低点，槽深度(H)是从钢板表面到底部的距离。将从钢板表面的深度为槽深度(H)的4/5以上的区域称为槽下部底面，此时，底面的水平长度(W)为测定所述底面沿轧制方向的长度(A-A′之间距离)的值。

分别测定激光照射之前的铁损和磁通密度、和通过激光器照射在钢板表面形成磁畴细化槽并去应力退火后的钢板的铁损和磁通密度。

以下表1展示了将钢板的槽形成因子和与激光照射前相比的去应力退火后的铁损改善率和磁通密度变化率。

表1

从表1确认到，由槽深度(H)和底面的水平长度(W)而定义的槽形成因子满足0.1≤2H/W≤2关系时，去应力退火后铁损和磁通密度均优秀。

即，属于本发明的槽形成因子范围的本发明实施例C-H不仅铁损改善率高，在去应力退火后磁通密度也没有变差。与此相反，比较例I和J的槽的剖面性状为楔子形，槽底部的水平长度短，因此去应力退火后的磁通密度低。比较例A和B的槽深度小，因此通过磁畴细化的铁损降低效果不明显，而且去应力退火后磁通密度变差。

如此，底面的水平长度(W)和槽深度(H)属于本发明的槽形成因子范围时，虽然去应力退火后不发生由于热影响区而使磁通密度变差的情况，但当它们超出本发明的槽形成因子范围时去应力退火后由于热影响区的影响而磁通密度变差。

由此想到，将磁畴细化槽下部底面的水平长度和槽深度控制为满足本发明的槽形成因子范围时，不仅可减少由磁畴细化槽形成引起热影响区的生成，还可最小化在去应力退火时作用的热影响区的影响从而防止磁性变差。

优选地，所述槽形成为宽度4-300um、深度3-30um，并且优选沿槽的轧制方向以2-15mm的间隔排列。如果开口部的槽宽度小于4um，或深度小于3um，或槽之间间隔超过15mm，则无法充分得到由于磁畴细化产生的铁损降低效果。另外，开口部的槽宽度超过300um或深度超过30um时，或槽之间间隔小于2mm时，反而可导致铁损变差。更优选的范围是槽宽度在6-50μm，槽深度为6-15μm。

另外，优选地，所述线状槽相对于钢板的移动方向以45-90°的角度而形成。因为这样可以极大化所述范围中的由于磁畴细化槽的磁性提高效果。更优选的线状槽和钢板移动方向的角度为85-90°。

另外，还确认到，通过不仅对底面的水平长度和槽深度之间的关系进行控制，还对底面的水平长度和开口部的槽宽度之间的关系进行控制，由此进一步降低去应力退火后的铁损。

本发明人对二次重结晶后的钢板照射激光束，由此在钢板表面以多种深度和宽度形成具有U型剖面形状的磁畴细化槽，并分别测定了在激光照射之前的铁损和磁通密度、和使用激光器在钢板表面形成磁畴细化槽并实施去应力退火后的钢板的铁损和磁通密度。

以下表2展示了钢板的底部水平长度(W)与开口部的槽宽度(L)的比，与激光照射前相比的去应力退火后的铁损改善率和磁通密度变化率。

表2

从表2可得知，W/L为0.4以上的本发明实施例(K，L，O)中铁损改善率超过13％，比W/L小于0.4的试验例(M，N)铁损改善效果更优秀。

因此，确认到，即使槽底面的水平长度(W)和槽深度(H)属于本发明的槽形成因子范围时，特别是开口部的槽宽度(L)和底面的水平长度(W)满足W≥0.4L的条件时，去应力退火后的铁损降低率为13％以上，这被评定为是极优秀的，且去应力退火后磁通密度没有变差。

在本发明的取向电工钢板表面形成的槽的剖面形状为U形、W形、梯形、矩形或半圆形的形状有利于去应力退火后的铁损和磁通密度的提高。这是因为，形成符合本发明的槽形成因子(2H/W)条件的U形、W形、梯形、矩形或半圆形的剖面的槽，可增加槽底面的比率，另外底面的水平长度(W)和开口部的槽宽度(L)符合W≥0.4L的条件，从而可最小化热影响区的不利影响。

然而，本发明的槽的形状不限于所述的例示的形状，只要是形成具有属于本发明范围的槽形成因子的磁畴细化槽的取向电工钢板，均属于本发明的保护范围。

优选地，所述槽由高输出激光器发射的非接触式激光束照射到钢板表面而形成。特别是，将由毫微微秒激光器发射的光束照射到钢板表面，可以减少在CO₂激光束照射中可发生的热影响区的影响。这样，控制光束形成镜和聚焦镜的焦点距离、配置距离、位置或者角度而调节激光束的形态，调节激光束照射速度和输出而将开口部的槽宽度加工到小至4μm，可以变更槽的剖面形状来控制槽形成因子。使用这种方法进行磁畴细化处理，从而能够抑制滚压或挤压时磁畴细化中可产生的槽下部的缺陷，还可获得稳定的可控性和可靠性。

为防止重新涂覆绝缘涂层，优选在涂覆绝缘涂层之前或在脱碳板上进行磁畴细化，但本发明不特别限定于此，也可以在涂覆绝缘涂层后实施磁畴细化。

本发明的线状槽可以沿钢板的宽度方向以连续图案形成，或者多个槽可沿钢板的宽度方向以不连续的图案形成。

所述钢板可由小于0.30mm的薄度或可由0.30mm以上的厚度构成。因此，本发明不仅使小于0.30mm的薄产品，还使0.30mm以上的厚产品，在去应力退火后维持磁畴细化效果。

因此，这种形成有具有属于本发明的范围的槽形成因子的磁畴细化槽的取向电工钢板，在去应力退火后磁通密度不会变差并可得到高的铁损改善效果。与激光照射前对比，可制造具有极优秀的磁性的取向电工钢板，其去应力退火后的铁损降低率高达10-20％、磁通密度减少率小于1％。

Claims (5)

1.一种低铁损、高磁通密度取向电工钢板，其特征在于，

具有在表面沿与轧制方向垂直的方向形成的多个线状槽，

将从所述表面到底部的槽深度为H，且从所述表面的深度为槽深度的4/5以上的、与所述轧制方向平行的底面的水平长度为W时，所述槽深度和底面的水平长度满足以下式1的关系，

所述底面的水平长度和开口部的槽宽度满足以下式2的关系，

所述槽以宽度4-300um、深度3-30um形成，且沿轧制方向以2-15mm的间隔排列，

[式1]0.1≤2H/W≤1.97，

[式2]W≥0.42L，其中L是指与所述轧制方向平行的开口部的槽宽度。

2.权利要求1所述的低铁损、高磁通密度取向电工钢板，其特征在于，在所述电工钢板的表面形成的多个线状槽中的至少一个具有U形、W形、梯形、矩形和半圆形中的任意一种剖面形状。

3.权利要求1所述的低铁损、高磁通密度取向电工钢板，其特征在于，所述槽通过由高输出激光器发射的激光束照射到钢板表面而形成。

4.权利要求1所述的低铁损、高磁通密度取向电工钢板，其特征在于，所述钢板由小于0.30mm的薄度或0.30mm以上的厚度构成。

5.权利要求1所述的低铁损、高磁通密度取向电工钢板，其特征在于，所述钢板与磁畴细化处理前对比，去应力退火后的铁损降低率为10%以上、磁通密度减少率为小于1%。

Images