CN105451902B - 取向电工钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种取向电工钢板及其制造方法。根据本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法包括以下步骤:提供一次再结晶形成之前或之后的电工钢板；以及向所述电工钢板照射激光的同时，喷射气体，从而在电工钢板的表面形成沟槽，所述照射的激光的能量密度Ed和激光的扫描速度Vs满足以下条件，1.0J/mm2≤Ed≤5.0J/mm2，0.0518mm/μsec≤Vs≤0.2mm/μsec。

Description

取向电工钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种取向电工钢板及其制造方法。
背景技术
取向电工钢板作为变压器等电子器件的铁芯材来使用，为减少电子器件的电力损失且提高效率，使用的钢板需要具有铁损少、磁通密度高的磁性。
通常，取向电工钢板是指，通过热轧、冷轧和退火工艺在轧制方向具有沿{110}<001>方向排列的高斯织构(称“Goss Texture”)的材料。
就这类取向电工钢板而言，{110}<001>方向越是取向于铁的磁易轴方向磁性越优秀。
通常，取向电工钢板的制造通过对经连续铸造工艺制造的板坯(slab)依序进行热轧及热轧板退火、冷轧、脱碳退火、高温退火、平坦化退火、绝缘涂层及激光处理而完成。
为了在电工钢板10表面形成均匀的沟槽20，需要向电工钢板10的表面照射连续波的高功率激光，而且形成经照射激光使基底部熔化的沟槽(groove)20。
通过使用磁畴细化方法来提高取向电工钢板的磁性，根据去应力退火之后是否仍然能够保持磁畴细化改善效果，将磁畴细化方法分为临时磁畴细化和永久磁畴细化。
临时磁畴细化方法是一种通过形成90°畴(Domain)使磁畴细化，藉以最大限度地减少通过热能或机械能在表面施加局部压应力而产生的磁弹性能的磁畴细化技术。
临时磁畴细化技术根据细化磁畴的能源分为激光磁畴细化法、球擦法、依据等离子或超声波的磁畴细化法。
经热处理后也可保持铁损效果的永久磁畴细化方法可分为蚀刻法、辊压法及激光法。
蚀刻法在溶液内通过酸溶液的电化学腐蚀(galvanic corrosion)反应在钢板表面形成沟槽(groove)，所以很难控制沟槽形态，而且由于在生产钢板的中间工艺(脱碳退火、高温退火之前)形成沟槽，所以难以确保最终产品的铁损特性，而且因为使用酸溶液，所以不够环保。
通过辊的永久磁畴细化方法在辊上加工形成凸起形状，并通过加压方法在钢板上形成具有一定宽度和深度的沟槽，等沟槽形成之后对钢板进行退火，从而在沟槽下部生成再结晶。作为进行磁畴细化的技术，该方法具有很难确保对机械加工的稳定性、基于厚度的稳定的铁损以及工艺复杂的缺点。
依靠Q-Switch或者脉冲激光的永久磁畴细化方法，通过照射时通过照射部物质的蒸发来形成沟槽，因此很难确保沟槽形成之后的热处理前的铁损改善效率，而且在热处理后也只能保持依据简单沟槽的磁畴细化效果，而不能高速移动钢板。
依靠连续波激光的永久磁畴细化方法，在形成沟槽时只在侧壁上形成沟槽部的再凝固层或者不能均匀地形成在沟槽的前侧，从而在沟槽的下侧基底部引起过多的变形，因此具有难以适用于一次再结晶前工艺，而只能适用于需要进行热处理的卷铁芯变压器的铁芯的缺点。
图1显示熔融部过多且形成不均匀再凝固层时的沟槽的截面形状。沟槽下部的熔融部过多(a)和形成再凝固层的中心部(b)的技术在低速下对钢板形成沟槽，所以很难在0.9m/s以上的取向电工钢板表面形成沟槽，而且无法适用于一次再结晶前的取向电工钢板材料，具有凝固层在退火时会妨碍高斯织构成长的缺点。
发明内容
技术问题
本发明的一实施例提供在表面形成沟槽且被磁畴细化的取向电工钢板。
本发明的另一实施例提供在表面形成沟槽且被磁畴细化的取向电工钢板的制造方法。
技术方法
根据本发明的一实施例的取向电工钢板可以是在表面形成沟槽以进行磁畴细化处理的取向电工钢板，所述沟槽的散射合金层在再结晶退火过程中侵蚀到高斯织构。
根据本发明的另一实施例的取向电工钢板可以是在表面形成沟槽以进行磁畴细化处理的取向电工钢板，所述沟槽的底面的散射合金层(scattered alloy layer)的厚度定义为TB，将所述沟槽的任一末端与所述沟槽底面所形成的距离的1/2位置上的散射合金层的厚度定义为TL，所述TB/TL可以为0.2至0.8。
所述散射合金层的厚度可以为沟槽深度的4％至12％。
所述沟槽的深度可以为电工钢板厚度的4％至11％。
所述沟槽相对于电工钢板的宽度方向可形成为斜线。
所述沟槽相对于电工钢板的宽度方向可形成为大于0°且小于等于5°。
所述沟槽在电工钢板的宽度方向可间歇地形成3个至6个。
根据本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法包括：提供一次再结晶形成之前或之后的电工钢板；以及向所述电工钢板照射激光的同时，喷射气体，从而在电工钢板的表面上形成沟槽，所述照射的激光的能量密度Ed和激光的扫描速度Vs可以满足以下条件，
1.0J/mm2≤Ed≤5.0J/mm2，
0.0518mm/μsec≤Vs≤0.2mm/μsec。
所述喷射的气体的压力可以为0.2kg/cm2至5.0kg/cm2。
所述气体的喷射方向和激光照射方向可以成0°至50°。
在照射所述激光的步骤中，可以相对于所述电工钢板的宽度方向大于0°且小于等于5°的角度向所述电工钢板的表面照射激光束。
在照射所述激光的步骤中，电工钢板的进行速度VL可以至少为0.9m/s以上。
在照射所述激光的步骤中，电工钢板的宽度方向的光束长度为dt，电工钢板的轧制方向的光束长度为L时，所述激光的聚光形态满足以下条件，
0.20≤L/dt≤1.0，
所述dt可以为50μm以下。
在照射所述激光的步骤中，依靠照射所述激光产生的电工钢板的熔融部形成散射及再凝固的散射合金层，所述沟槽的底面的散射合金层的厚度定义为TB，所述沟槽的任一末端与所述沟槽的底面所形成的距离的1/2位置上的散射合金层的厚度定义为TL时，所述TB/TL可以为0.2至0.8。
所述散射合金层的厚度可以为沟槽深度的4％至12％。
在照射所述激光的步骤中，所述激光相对于电工钢板的宽度方向以斜线照射。
在照射所述激光的步骤中，所述激光相对于电工钢板的宽度方向可以大于0°且小于等于5°的角度照射。
在照射所述激光的步骤中，所述沟槽在所述电工钢板的宽度方向上可以间歇地形成3个至6个。
有利效果
根据本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法，由于通过照射高速激光束来形成沟槽，所以能够在以0.9m/sec以上高速轧制的钢板上形成沟槽。
而且，根据本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法，经激光照射的熔化再凝固层会均匀地形成，从而最终产品的磁性得到提高。
而且，根据本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法，可以对一次再结晶前或一次再结晶后的电工钢板都进行经激光照射的磁畴细化。
而且，根据本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法，即使对一次再结晶前的电工钢板进行经激光照射的磁畴细化，在后续热处理工艺之后也能够保持铁损改善效果。
附图说明
图1显示根据现有技术的磁畴细化法形成于钢板表面上的沟槽。
图2是在XY平面显示对钢板的表面照射激光时形成于钢板表面上的沟槽的形状的附图。
图3是图2中示出的连续沟槽的局部30的截面图(YZ平面)。
具体实施方式
参照附图和详细描述的下列实施例，可以清楚地理解本发明的优点、特征及实现这些优点和特点的方法。然而，本发明能够以各种不同方式变形实施，并不局限于下列实施例。提供下列实施例的目的在于，充分公开本发明以使所属领域的技术人员对发明内容有一个全面的了解，本发明的保护范围应以权利要求书为准。通篇说明书中相同的附图标记表示相同的技术特征。
因此，在以下几个实施例中，对本技术领域习知的技术不进行详细地描述，以避免本发明解释不清楚。如无其他定义，本说明书使用的所有术语(包括技术和科学术语)是本发明所属领域的技术人员通常理解的含义。通篇说明书中某部分“包括”某技术特征是指在没有相反记载的前提下，并不是排除其他技术特征，而是指还可以包括其他技术特征。另外，在没有特别提及的前提下，单数还包括复数。
经激光照射的磁畴细化所形成的沟槽上具有熔融物在钢板上再凝固的散射合金层,所述熔融物为通过激光在电工钢板上熔化的物质。
这种散射合金层为大能量组织，当散射合金层分布不均匀时，再结晶退火时会妨碍高斯织构成长。而且，这类散射合金层分布不均匀时，再结晶退火时不会侵蚀到高斯织构上，所以会留存有随机蚀纹(random texturing)，而不是高斯织构，因此对电工钢板的磁性带来坏影响。
根据本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法，使散射合金层均匀地分布于所述沟槽上，所述散射合金层为通过激光照射在电工钢板上熔化的熔融物再凝固于钢板上的层，使再结晶退火时散射合金层侵蚀到高斯织构，以提高高斯织构的分数，从而可提供磁性优秀的取向电工钢板。
通常，取向电工钢板的制造工艺对板坯(slab)依序进行热轧及热轧板退火、冷轧、脱碳退火(一次再结晶退火)、高温退火(二次再结晶退火)、平坦化退火、绝缘涂层。
现有技术中磁畴细化处理在绝缘涂层之后进行，但根据本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法进行冷轧之后，对一次再结晶前或一次再结晶之后的所有电工钢板都实施通过激光照射的磁畴细化。
而且，即使对一次再结晶前的电工钢板实施经激光照射的磁畴细化，进行后续的热处理工艺之后也仍然能保持铁损改善效果。
为了提供如上述的基材的取向电工钢板的制造方法，本发明可提供如下取向电工钢板的制造方法。
根据本发明的一实施例的取向电工钢板的制造方法包括：提供一次再结晶形成之前或一次再结晶形成之后的电工钢板；以及向所述电工钢板照射激光的同时，喷射气体，从而在电工钢板的表面上形成沟槽。
所述照射的激光的能量密度Ed可以为1.0J/mm2至5.0J/mm2。激光能量密度超过5.0J/mm2时，由于形成过多的熔融部，在最终产品中散射合金层不会侵蚀到高斯织构,而成为随机蚀纹。当激光能量密度为小于1.0J/mm2时，由于不能确保沟槽的深度，所以不能保证进行热处理后的铁损改善效果。
所述照射的激光的扫描速度Vs可以为0.0518mm/μsec至0.2mm/μsec。激光的扫描线速度超过0.2mm/μsec时，由于不形成散射合金层，从而不能确保铁损改善效果。而且，小于0.0518mm/μsec时，由于形成过多的熔融部，从而在最终产品中散射合金层不会侵蚀到高斯织构，而成为随机蚀纹。
所述喷射的气体只要是空气惰性气体或不引起电工钢板氧化的气体，任一种气体均可。
所述喷射的气体的压力Pa可以是0.2kg/cm2至5.0kg/cm2。喷射的气体的压力为小于0.20kg/cm2时，由于不形成散射合金层，从而不能确保铁损改善效果。而且，超过5.0kg/cm2时，由于形成过多的熔融部，在最终产品中散射合金层不侵蚀到高斯织构，成为随机蚀纹。
所述气体的喷射方向和激光照射方向可形成0°至50°的角度(此时，气体的喷射方向和激光照射方向形成0°的角度是指,气体的喷射方向和激光照射方向平行)。所述气体的喷射方向和激光照射方向之间的角度对所形成的散射合金层的形态起到影响。所述气体的喷射方向和激光照射方向之间的角度越小沟槽的底面的散射合金层的厚度越薄，而在沟槽的末端上的散射合金层的厚度比较厚。
在此，沟槽的底面是指在形成于电工钢板上的沟槽中深度最深的部分。
而且，当电工钢板的宽度方向(x轴)的光束长度为dt，电工钢板的轧制方向(y轴)的光束长度为L时，所述激光的聚光形态可以为0.20≤L/dt≤1.0。而且，所述dt可以为50μm以下。
L/dt的值超过1.0时，轧制方向的热影响部分增加，从而会对高斯织构的成长带来坏影响，当L/dt小于0.20时，轧制方向的沟槽宽度变窄，从而不产生熔融部散射，因此不能够确保沟槽的充分深度。
在所述条件下电工钢板10的进行速度VL可以为0.9m/s以上。
而且，形成所述沟槽时，可间歇地形成3个至6个。
另外，可以对所述电工钢板的宽度方向(x轴)以斜线照射。而且，相对于宽度方向(x轴)的角度可以为大于0°且小于等于5°。如上所述，以斜线照射的话，可使退磁场下降并提高磁性。
为了确保铁损改善率，如此形成的所述沟槽的深度可以为所述电工钢板厚度的4％以上，或者可以是4％至11％。
而且，所述散射合金层的平均厚度可以为沟槽深度的4％至12％。所述散射合金层的平均厚度小于沟槽深度的4％时，不会形成用于改善铁损的合适的槽，当超过12％时，热影响部分增加，从而会对高斯织构的成长带来坏影响。
而且，将所述沟槽的底面的散射合金层的厚度定义为TB，将所述沟槽的任一末端与所述沟槽的底面所形成的距离的1/2位置上的散射合金层的厚度定义为TL时，所述TB/TL可以为0.2至1.5。或者可以是0.2至0.8或者1.0至1.5。TB/TL为小于0.2或者超过1.5时，散射合金层的不均匀性增加，从而对磁性带来坏影响。
在所述基材的磁畴细化条件下完成再结晶退火的电工钢板中，散射合金层在再结晶退火过程中会侵蚀到高斯织构上。通常，对取向电工钢板进行磁畴细化处理时，沟槽会存在有受热影响的部分，这种热影响部分在高温退火过程中，高斯织构成长时不会侵蚀奥高斯织构，会沿沟槽以再结晶形态存在。这种组织会对磁性带来坏影响。
但是，根据本发明一实施例的取向电工钢板将散射合金层均匀地分布，以使热影响最小化，所以沟槽上不会残留再结晶组织。
以下结合实施例进一步详细说明。下面实施例只是本发明的例举而已，本发明的内容并不局限于下面的实施例。
<实施例1>
在表1的条件下向具有0.23mm厚度的取向电工钢板照射连续波激光，之后对磁性进行检测。如图2所示，照射线在宽度方向上用划分为3至6个区域的不同的线来表示。激光的照射间隔为2.50mm，照射激光时，电工钢板的宽度方向的光束长度dt为50μm，光束的截面为球形。而且，此时电工钢板的移动速度为0.9m/s。
[表1]
在本发明的激光照射条件下，即使钢板的移动速度快，也可获得具有稳定的铁损特性的取向电工钢板。
<实施例2>
在厚度为0.23mm的取向电工钢板上，将能量密度设置为1.2J/mm2,沟槽的深度设置为15μm，在电工钢板的宽度方向上以不同角度照射连续波激光，从而检测磁性。激光照射间隔为2.50mm，照射激光时，电工钢板的宽度方向的光束长度dt为50μm，光束的截面为球形。而且，此时，电工钢板的移动速度为0.9m/s。而且，喷射气体的压力为4.5kg/cm2，扫描线的速度为53m/s。
[表2]
从表2可以看出，相对于电工钢板的宽度方向以大于0°且小于等于5°的角度照射时，磁性更加优秀。
以上参照附图对本发明的实施例进行了描述，但所属领域的技术人员可以理解，在不改变技术思想或必要技术特征的情况下，本发明能够以其他方式实施。
因此，上述实施例只是示例性的并非限制性的。本发明的保护范围应以权利要求书为准而非上述说明，由权利要求书的含义、范围及等效概念导出的所有变更或变更的形式，均落在本发明的保护范围内。
附图标记说明
10：电工钢板
20：沟槽(groove)
30：连续沟槽的局部
40：散射合金层

Claims (14)

1.一种取向电工钢板，其中，
在表面形成沟槽以进行磁畴细化处理，
所述沟槽的散射合金层在再结晶退火过程中侵蚀到高斯织构；
其中，所述沟槽的底面上的散射合金层的厚度定义为TB，将所述沟槽的任一末端与所述沟槽底面所形成的距离的1/2位置上的散射合金层的厚度定义为TL，所述TB/TL为0.2至0.8。
2.如权利要求1所述的取向电工钢板，其中，
所述散射合金层的厚度为沟槽深度的4％至12％。
3.如权利要求2所述的取向电工钢板，其中，
所述沟槽的深度为电工钢板厚度的4％至11％。
4.如权利要求3所述的取向电工钢板，其中，
所述沟槽相对于电工钢板的宽度方向形成为斜线。
5.如权利要求4所述的取向电工钢板，其中，
所述沟槽相对于电工钢板的宽度方向形成为大于0°且小于等于5°。
6.如权利要求5所述的取向电工钢板，其中，
所述沟槽在电工钢板的宽度方向间歇地形成3个至6个。
7.一种取向电工钢板的制造方法，包括以下步骤：
提供一次再结晶形成之前或之后的电工钢板；以及
向所述电工钢板照射激光的同时，喷射气体，从而在电工钢板的表面上形成沟槽，
所述照射的激光的能量密度Ed和激光的扫描速度Vs满足以下条件，
1.0J/mm2≤Ed≤5.0J/mm2，
0.0518mm/μsec≤Vs≤0.2mm/μsec，
电工钢板的宽度方向的光束长度dt为50μm以下；
其中，所述喷射的气体的压力为0.2kg/cm2至5.0kg/cm2；
其中，所述气体的喷射方向和激光照射方向成0°至50°，气体的喷射方向和激光照射方向形成0°的角度是指,气体的喷射方向和激光照射方向平行；
其中，在照射激光的步骤中，依靠照射激光产生的电工钢板的熔融部形成散射及再凝固的散射合金层，所述沟槽的底面的散射合金层的厚度定义为TB，所述沟槽的任一末端与所述沟槽的底面所形成的距离的1/2位置上的散射合金层的厚度定义为TL时，所述TB/TL为0.2至0.8。
8.如权利要求7所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
在照射所述激光的步骤中，以相对于所述电工钢板的宽度方向大于0°且小于等于5°的角度向所述电工钢板的表面照射激光束。
9.如权利要求8所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
在照射所述激光的步骤中，电工钢板的进行速度VL至少为0.9m/s。
10.如权利要求9所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
在照射所述激光的步骤中，电工钢板的宽度方向的光束长度为dt，电工钢板的轧制方向的光束长度为L时，所述激光的聚光形态满足以下条件，
0.20≤L/dt≤1.0。
11.如权利要求7所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
所述散射合金层的厚度为沟槽深度的4％至12％。
12.如权利要求11所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
在照射所述激光的步骤中，所述激光相对于电工钢板的宽度方向以斜线照射。
13.如权利要求12所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
在照射所述激光的步骤中，所述激光相对于电工钢板的宽度方向以大于0°且小于等于5°的角度照射。
14.如权利要求13所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
在照射所述激光的步骤中，所述沟槽在所述电工钢板的宽度方向上间歇地形成3个至6个。
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