CN107109512B - 取向电工钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一实施例的取向电工钢板，在其表面形成有凹槽，在所述凹槽，凹槽最深处的曲率半径(RBb)是0.2μm至100μm，凹槽最深处至凹槽的1/4深度(D)之处的凹槽表面的曲率半径(RSb)是4μm至130μm。

Description

取向电工钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及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气设备的铁芯材料来使用，为减少电气设备的功率损耗且提高效率，所使用的钢板应当具有铁损低、磁通密度高的磁性能。
通常，取向电工钢板是指经过热轧、冷轧、退火工艺在轧制方向上具有{110}<001>取向的集合组织(Goss Texture)的材料。
就这种取向电工钢板而言，{110}<001>取向在铁的易磁化轴方向上的取向程度越高磁性能越优异。
在取向电工钢板的制造工艺中，首先将具备电工钢板所需组分的钢材制成板坯(slab)，对该板坯加热之后进行热轧从而获得热轧钢板。之后，该热轧钢板根据需要选择性地进行热轧板退火，再进行一次或根据需要进行数次的冷轧，从而制造具有所需厚度的冷轧钢板。制得的冷轧钢板在进行脱碳退火以及选择性地进行氮化处理之后，在涂覆退火隔离剂的状态下进行高温退火(还称之为最终退火或2次再结晶退火)。
如上所述，在进行高温退火之后，选择性地进行平坦化退火，以矫正钢板的形状。并且，在进行该平坦化退火之前或之后根据需要实施张力涂覆以对钢板附加张力。对于这种张力涂覆，将无机物涂覆液、或有机-无机复合涂覆液涂覆到钢板的表面，再进行烘烤(Baking)处理，就可在钢板的表面形成薄薄的绝缘膜，因此还被称作绝缘涂覆。
另外，对取向电工钢板进行减小磁畴宽度的磁畴细化处理，以提高磁性能。
磁畴细化方法是通过物理方法在电工钢板的表面形成线状凹槽(linear groove)的方法。这种用于形成凹槽(groove)的物理方法包括蚀刻法、滚轴法，优选使用激光辐照方法。
根据去应力退火之后是否仍能保持磁畴细化改善效果，将该磁畴细化方法分为临时磁畴细化和永久磁畴细化。
通过激光辐照形成凹槽的永久磁畴细化方法可以在电工钢板制造工艺的中间阶段或后期阶段实施。在进行最终冷轧之后，凹槽可以在进行脱碳退火之前或之后，或者进行高温退火之前或之后形成。
使用激光的永久磁畴细化方法是，向高速移动的电工钢板表面照射高功率的激光，经激光辐照使基底部熔融而形成凹槽(groove)的方法。此时所使用的激光可以是Q开关激光、脉冲激光、或连续波激光。
如上所述，如果使用激光进行永久磁畴细化，将激光束照射到电工钢板上时，激光束会使钢板的表面熔融而形成凹槽。
因此，依靠激光的永久磁畴细化方法会因熔融而形成很深的凹槽，所以在形成凹槽过程中应尽量降低激光能量密度。即，通过尽量降低形成凹槽过程中所需的激光能量密度，能够使用低功率激光高速地形成线状凹槽。
另外，在形成凹槽过程中，如果熔融合金层残留在凹槽的一部分或整个内部，则凹槽附近的热影响将增大，因此钢板表面中照射了激光的部分的磁通密度会严重变差。
发明内容
技术问题
本发明的一实施例提供一种取向电工钢板，通过较低的能量密度形成有线状凹槽，在激光辐照之后铁损改善特性依然优异。
本发明的另一实施例提供一种取向电工钢板的制造方法，可通过较低的能量密度形成凹槽，在激光辐照之后铁损改善特性依然优异，并且能够高速扫描激光而形成线状凹槽。
技术方案
根据本发明的一实施例的取向电工钢板，其为在表面形成有凹槽的取向电工钢板，所述凹槽是在所述电工钢板的表面涂覆有非金属氧化物层的状态下形成，所述凹槽以凹槽的宽度(Wb)与深度(Db)之比为3.4：1至1.5：1的方式形成窄深的凹槽。
所述凹槽包括凹槽的宽度(Wb)与深度(Db)之比为3.2：1至2：1的窄深的凹槽。
将曲率半径(RBb)与曲率半径(RSb)的垂直切线相互连接的切线的拐点(Xb)形成在低于所述凹槽1/2深度(1/2Da)之处，其中，曲率半径(RBb)为所述凹槽的底部中最深处的曲率半径，曲率半径(RSb)为自所述凹槽的最深处至凹槽1/4深度(Db)的凹槽表面的曲率半径。
在所述凹槽，所述凹槽的最深处的曲率半径(RBb)可以是0.2μm至100μm。
所述非金属氧化物层可以由Mg2SiO4、MgAl2O4、MnO、MnO2或Mn2SiO4中的任一种或者多种组合形成。
在所述电工钢板的表面可形成厚度为1-20μm的所述非金属氧化物层。所述非金属氧化物层的厚度优选为1-5μm。
所述凹槽的最深处至凹槽的1/4深度(D)之处的凹槽表面的曲率半径(Rs)可以是4μm至130μm。
在所述凹槽的下方可存在基体钢板的再结晶。
所述凹槽的深度(Db)可以是电工钢板厚度的3％至8％。
所述凹槽的上方宽度(Wb)可以是10μm至50μm。
所述凹槽能够以线状形成，所述线状凹槽可相对于电工钢板的轧制方向呈82°至98°(不包括90°)。
根据本发明的另一实施例的取向电工钢板的制造方法包括：经冷轧的电工钢板在进行脱碳退火之后，涂覆退火隔离剂，再进行高温退火而形成2次再结晶，从而在所述电工钢板的表面形成非金属氧化物层的步骤；以及
在电工钢板的表面的形成凹槽的步骤，其中电工钢板的表面上形成有所述非金属氧化物层，所述凹槽是宽度(Wb)与深度(Db)之比为3.4：1至1.5：1的窄深的凹槽。
所述形成凹槽的步骤中，可以使用具有高斯(Gaussian)能量分布且处于TEM00模式、以及光束质量因子(factor)M2是1.0-1.1的连续波激光来形成凹槽。
所述连续波激光的波长可以在1.06-1.08范围内，功率为0.5-5kW，能量密度是0.5-2.0J/mm2。
所述连续波激光可以是Nd:YAG激光或光纤激光中的任一种。
所述激光可以具有如下式1所示范围内的能量密度。
0.010W-1m/s≤P-1×V≤0.080W-1m/s----(1)
(其中，P表示激光的功率(W)，V表示激光扫描速度(m/s))
所述形成凹槽的步骤中，可以以所述凹槽的宽度(Wb)与深度(Db)之比为3.2：1至2：1的方式形成所述凹槽。
所述形成凹槽的步骤中，将曲率半径(RBb)与曲率半径(RSb)的垂直切线相互连接的切线的拐点(Xb)形成在低于所述凹槽1/2深度(1/2Da)之处，其中，曲率半径(RBb)为所述凹槽的底部中最深处的曲率半径，曲率半径(RSb)为自所述凹槽的最深处至凹槽1/4深度(Db)的凹槽表面的曲率半径。
所述形成凹槽的步骤中，所述凹槽的最深处的曲率半径(RBb)可以是0.2μm至100μm。
所述非金属氧化物层可以由Mg2SiO4、MgAl2O4、MnO、MnO2或Mn2SiO4中的任一种或者多种组合形成。
所述非金属氧化物层的厚度可以是1-20μm。该非金属氧化物层的厚度优选为1-5μm。
可在所述非金属氧化物层的上方进一步形成绝缘涂层。
对形成有所述凹槽的所述电工钢板进行热处理，以在所述凹槽的下方进一步形成基体钢板的再结晶。
所述再结晶的形成方法可以是用于形成绝缘涂层的热处理、或去应力退火中的任一种。
所述形成凹槽的步骤中，所形成的凹槽的深度(Db)可以是电工钢板厚度的3％至8％。
所述形成凹槽的步骤中，所形成的凹槽的上方宽度(Wb)可以是10μm至50μm。
所述形成凹槽的步骤中，所形成的线状凹槽与电工钢板的轧制方向呈82°至98°的角度(不包括90°)。
所述形成凹槽的步骤中，向钢板照射激光束，该激光束在钢板的宽度方向上的尺寸为10μm至30μm，以及在钢板的轧制方向上的尺寸为5μm至20μm，从而形成初次凹槽，在所述初次凹槽上照射激光束从而形成2次凹槽，该激光束在钢板的宽度方向上的尺寸为35μm至80μm，在钢板的轧制方向上的尺寸为25μm至50μm。
发明效果
根据本发明的一实施例的取向电工钢板的制造方法，能够在高速移动的钢板表面上形成相对较窄且深的凹槽。
另外，根据本发明的一实施例的取向电工钢板的制造方法，因2次再结晶后形成在钢板表面的非金属氧化物层，可通过能量密度相对较低的激光辐照进行磁畴细化。
另外，根据本发明的一实施例的取向电工钢板的制造方法，可通过激光辐照形成窄深的凹槽，在激光辐照后也可以确保3％以上的铁损改善特性。
并且，根据本发明的一实施例的取向电工钢板的制造方法，可通过高速扫描激光而在电工钢板的表面形成凹槽。
附图说明
图1是根据本发明的一实施例在取向电工钢板形成有凹槽的截面照片。
图2是根据本发明的一实施例在取向电工钢板形成有凹槽的截面示意图。
图3是根据本发明的一实施例在取向电工钢板形成有凹槽的截面图。
具体实施方式
参照附图和详细描述的下述实施例，可清楚地理解本发明的优点、特征以及实现这些有点和特征的方法。但是，本发明能够以各种不同方式变形实施，并不局限于下述的实施例中。本文提供的实施例旨在，充分公开本发明以使所属技术领域的普通技术人员对发明内容有全面的了解，本发明的保护范围以权利要求书为准。通篇说明书中相同的附图标记表示相同的构成要素。
因此，在以下几个实施例中，对本领域已周知的技术不进行详细的说明，以避免对本发明解释不清楚。如无其他定义，本说明书中使用的所有术语(包括技术和科学术语)是本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的含义。通篇说明书中某部分“包括”某构成要素是指，在没有相反记载的前提下，并不排除其他构成要素，而是指还可包括其他技术特征。另外，在没有特别解释的前提下，单数形式的句子还包括复数形式。
本发明的一实施例中的永久磁畴细化技术是指，在利用激光在钢板表面形成具有钢板厚度的3％-8％以内的深度的凹槽的情况下，向激光吸收率高的非金属氧化物层或者非金属氧化物层上方已绝缘涂覆的钢板表面照射激光，从而通过较低的能量密度可以形成凹槽，激光辐照后也具有铁损改善特性，而且通过高速照射激光可以形成凹槽。
以如上所述方法在钢板的表面形成凹槽时，在凹槽的侧方或下方不会形成熔融合金层，而在凹槽上方的左右侧的钢板表面可能会残留一部分熔融合金层。
如上所述，在形成有非金属氧化物层的钢板表面上照射激光，使熔融合金层不会形成在凹槽的下方及侧方，以在钢板的长度及宽度方向上保持热处理前后的铁损改善特性，其条件如下：
首先，在钢板的表面形成非金属氧化物层。这种非金属氧化物层是通过如下过程形成的，即在取向电工钢板的制造工艺中，涂覆退火隔离剂后进行高温退火完成2次再结晶，然后在钢板的表面形成非金属氧化物层。
高温退火后在钢板表面形成的非金属氧化物层可以由Mg2SiO4、MgAl2O4、MnO、MnO2或Mn2SiO4中的任一种或者多种组合形成。
如上所述，如果在钢板表面形成有非金属氧化物层,则激光辐照时的激光吸收率比未形成非金属氧化物层的钢板增加了30％以上，通过相对较低的能量密度也可以形成凹槽，从而用高速扫描速度可以形成线状凹槽。
因此，形成有非金属氧化物层的钢板相比于未形成非金属氧化物层的钢板，形成凹槽所需的激光功率减少了20％以上，在改善铁损方面的效率也更高。
另外，在钢板的表面形成有非金属氧化物层时，这种非金属氧化物层与钢板表面形成物理化学形态的牢固结合，在激光辐照的热冲击下也不会被轻易破坏。
这种激光吸收率高的非金属氧化物层优选在钢板的表面以1-20μm的厚度形成。如果非金属氧化物层的厚度为1μm以下，则激光吸收率的增加效果不显著，非金属氧化物层有可能在激光辐照时因为热冲击而被破坏；如果厚度为20μm以上，难以控制用于形成非金属氧化物层的工艺条件，而且用于形成凹槽的激光功率也会变高。在钢板的表面形成的非金属氧化物层的厚度更加优选为1-5μm。
其次，向形成有非金属氧化物层的钢板的表面照射的激光的特性应当是最优化的。
关于向形成有非金属氧化物层的钢板的表面照射的激光的特性，最终激光束的能量分布应具有高斯(Gaussian)能量分布。只要能量分布具有高斯能量分布，就不太限制激光的振荡方式或最终光束的形状，但优选使用连续波激光或扩展脉冲(Extended Plus)激光。
另外，具有高斯能量分布的激光优选为在单模的光轴中心具有最大强度的TEM00模式。此外，用来表示激光束模式的光束质量因子(factor)M2优选为1.0-1.1。即，具有高斯能量分布的激光优选使用TEM00模式下的M2为1.0-1.1的激光束。
磁畴细化所使用的激光优选为波长在1.06-1.08范围内的激光。因此，可以使用该波长范围内的任何激光，但优选为Nd:YAG激光或光纤激光。
此时使用的激光的功率优选为0.5-5kW，激光的能量密度优选为0.5-2.0J/mm2。在激光功率以及能量密度的下限值以下和上限值以上是不能形成用于改善铁损的合适的凹槽。
另外，照射到钢板的激光束的最终形态优选为椭圆形，椭圆形光束的轧制方向上的宽度优选为0.005-0.1mm，钢板宽度方向上的光束的长度优选为0.01-0.2mm。
另外，所照射的激光束渗透到钢板的能量密度可以通过激光平均功率(P:W＝j/s)和扫描速度(scan speed：V＝m/s)来表示，且优选在下述式1范围内。
0.010W-1m/s≤P-1×V≤0.080W-1m/s----(1)
(其中，P表示激光的功率(W)，V表示激光扫描速度(m/s))
在这里，用式1限定激光的能量密度的原因在于，如果激光的能量密度小于0.010W-1m/s，则用激光形成凹槽时对于凹槽的热影响会增大，导致铁损特性变差，而如果激光的能量密度超过0.080W-1m/s，就有可能出现形成于表面的凹槽深度不足以改善热处理后铁损的问题。
向形成有非金属氧化物层的钢板的表面以高速照射具有如上所述特性的激光时，会在钢板的表面形成如图1所示形状的凹槽。
图1是示出根据本发明的一实施例在取向电工钢板形成有凹槽的截面照片，图2是示出在取向电工钢板形成有凹槽的截面示意图。
在图1和图2中，(A)是在取向电工钢板的制造过程中，在冷轧工艺后的厚度为0.23mm的电工钢板上仅涂覆矿物油的状态下，在下述条件下照射激光后的钢板的截面照片，在图1和图2中(B)是以与(A)相同的条件制造冷轧钢板之后，涂覆以MgO为主成分的退火隔离剂，再进行2次再结晶退火，进而完成了涂覆包含胶体二氧化硅及金属磷酸盐的绝缘涂覆液的工艺后的电工钢板上，以下述条件照射激光后的钢板的截面照片。
图1中激光辐照条件为，使用波长为1.07μm的连续波光纤激光，照射到钢板的光纤激光光束是TEM00模式且M2值为1.07，具有高斯形态的椭圆形光束的特性。此时，椭圆形光束的大小在轧制方向上为15μm，在钢板的宽度方向上为40μm，激光的功率为0.9kW，激光的能量密度为1.13J/mm2，且激光辐照的间距是2.5mm。
图1中使用的电工钢板是以重量％计包含O：0.0050％、Si：3.1％、C：0.05％、Al：0.03％、Mn：0.07％、N：0.003％、S：0.005％及P：0.02％，以及余量为Fe及其他不可避免的杂质的电工钢板。
图1中以相同激光辐照条件在钢板表面形成了凹槽，但经冷轧后的钢板(A)上形成的凹槽的宽度为45μm、深度为12.9μm，而形成有Mg2SiO4的非金属氧化物层的钢板(B)上形成的凹槽的宽度为30μm、深度为18.2μm。其中，凹槽的宽度是指，如图2所示，从钢板的截面看时形成在钢板上的凹槽入口的宽度(Wa，Wb)，即是指钢板表面上的凹槽的最大宽度。
如上所述，即使以相同的激光辐照条件形成凹槽，经冷轧后的钢板(A)上形成的凹槽的宽度比形成有非金属氧化物层的钢板(B)更大，而经冷轧后的钢板(A)上形成的凹槽的深度并不比形成有非金属氧化物层的钢板(B)更深。得到该结果是因为，在形成有非金属氧化物层的钢板(B)中，形成于钢板表面上的非金属氧化物层能够很好地吸收激光能量(冷轧钢板的激光能量吸收率为约20％，形成有非金属氧化物层的钢板的激光能量吸收率为约40％)，因此形成有非金属氧化物层的钢板(B)通过激光辐照能够形成宽度更窄且深度更深的凹槽。
上述结果可用下述式表示。即，经冷轧的钢板(A)上所形成的凹槽的宽度称为Wa、深度称为Da，形成有非金属氧化物层的钢板(B)的凹槽的宽度称为Wb、深度称为Db时，其关系式可以用下述式2表示。
Wa>Wb并且Da<Db----(2)
并且，在电工钢板的厚度分别为0.3mm、0.27mm以及0.23mm的情况下进一步以相同的条件进行实验时得到的结果为，经冷轧的钢板(A)上所形成的凹槽的宽度(Wa)与深度(Da)之比为5：1，改变激光辐照条件使得深度更深的情况下的比例最大为3.5：1。
但是，对具有相同电工钢板厚度的、形成有非金属氧化物层的钢板(B)进行实验的结果，凹槽的宽度(Wb)与深度(Db)之比为3.4：1至1.5：1，从而在钢板上形成了宽度较窄且深度较深的凹槽。
因此，形成有非金属氧化物层的钢板(B)上的凹槽的宽度(Wb)与深度(Db)之比优选为3.4：1至1.5：1，更加优选为3.2：1至2：1。在形成有所述非金属氧化物层的钢板上形成凹槽时，可通过相对较低的能量密度形成凹槽，凹槽的宽度与凹槽深度之比为3.4：1至1.5：1，在激光辐照之后铁损的改善特性提高，而且可以通过高速扫描激光在电工钢板的表面形成凹槽。
另外，在相同的激光辐照条件下，在钢板表面形成凹槽的结果，经冷轧的钢板(A)上所形成的凹槽和形成有非金属氧化物层的钢板(B)上形成的凹槽的形状有所区别。
即，经冷轧的钢板(A)上形成的凹槽和形成有非金属氧化物层的钢板(B)上形成的凹槽均以凹槽的底部和表面部为圆形形状的方式形成。如上所述，钢板上形成的凹槽的底部和表面呈圆形的原因在于，使用高斯形态的激光束时根据该光束形态的特性所形成的热分布度。
这时，凹槽底部的最深处至圆形部分的曲率半径称为(RBBottom)，凹槽深度最大处至凹槽深度(D)的1/4处的凹槽表面上的曲率半径称为(RSsurface)时，经冷轧的钢板(A)上形成的凹槽的底部的曲率半径称为RBa，且表面的曲率半径称为RSa，形成有非金属氧化物层的钢板(B)上形成的凹槽也同样命名为RBb和RSb。并且，将两个曲率半径的垂直切线相连接时，在这些切线相汇处会形成拐点(Xa，Xb)。该拐点(Xa，Xb)形成在连接垂直切线的线段的1/2处。
如图2所示，经冷轧的钢板(A)上形成的凹槽的拐点(Xa)高于凹槽深度的1/2处(1/2Da)，而形成有非金属氧化物层的钢板(B)上形成的凹槽的拐点(Xb)低于凹槽深度的1/2处(1/2Da)。
因此，在电工钢板的磁畴细化工艺中优选以如下方式控制工艺条件，在完成2次再结晶后，通过激光对电工钢板进行磁畴细化时，所形成的凹槽的拐点(Xb)低于凹槽深度的1/2处(1/2Da)。
另一方面，图3是根据本发明的一实施例在取向电工钢板形成有凹槽的截面图。
参照图3，根据本发明的一实施例的取向电工钢板中，在钢板(B)的表面形成有如Mg2SiO4等的非金属氧化物层20，通过磁畴细化处理在钢板表面形成凹槽。在该非金属氧化物层20上方选择性地形成有绝缘涂覆层。
在钢板上形成的宽度较窄且深度较深的凹槽，凹槽最深处的曲率半径(RBb)可以在0.2μm至100μm范围内。更加具体而言是0.2μm至50μm。
凹槽最深处(Db的下顶点)的曲率半径(RBb)小于0.2μm时，在凹槽内部会残留基体钢板的熔融物，在绝缘涂覆后难以确保电绝缘特性，而大于100μm时，铁损改善率会变差。
凹槽最深处至凹槽深度(Db)的1/4处的凹槽表面的曲率半径(RSb)包含4μm至130μm的范围。此时，凹槽深度(Db)是指，从钢板表面未形成凹槽的部分至凹槽最深处的距离。
另外，凹槽最深处至凹槽深度(Db)的1/4处的凹槽表面的曲率半径(RSb)小于4μm时，在凹槽内部会残留基体钢板的熔融物，在绝缘涂覆后难以确保电绝缘特性，而大于130μm时，铁损改善率会变差。但是，如图3的附图标记40所示，通过激光辐照形成的熔融物有可能凝固并残留在凹槽上方的外侧表面。
所述凹槽的深度(Db)可以是电工钢板的厚度的3％至8％。更加具体而言，可以是4％至8％。在小于3％的情况下，无法形成足以改善铁损的具有适当深度的凹槽，而大于8％的情况下，热影响会进一步增大，进而对高斯织构(Goss Texture)的成长产生不好的影响。
另外，所述凹槽的上方宽度(Wb)可以是10μm至50μm。在小于10μm的情况下，无法保持足以改善铁损的适当宽度，而大于50μm的情况下，热影响会进一步增大，从而导致磁性降低。
另外，参照图3，在凹槽的的下方因热影响可能会形成基体钢板的再结晶30。如上所述，如果电工钢板在热处理后形成了再结晶30，则因宽度较窄的磁畴而显示出铁损改善特性。这种再结晶30可能会不连续地、亦或者连续地形成在凹槽的下方。
在凹槽的下方形成再结晶30的方法有，通过激光辐照形成凹槽之后，再对钢板进行热处理而得到再结晶。所述热处理方法有绝缘涂覆后的热处理(Heat treatment)方法、或者去应力退火方法。
另外，所述凹槽可相对于电工钢板的轧制方向以82°至98°形成。凹槽以不包含90°的斜线形状形成，从而能够减弱退磁磁提高磁性。
如上所述，针对用于制造取向电工钢板的本发明的一实施例的取向电工钢板的制造方法进行说明。
根据本发明的一实施例的取向电工钢板的制造方法包括，通过2次再结晶退火而在钢板的表面形成非金属氧化物层之后，向钢板的表面照射激光，以在钢板的表面形成凹槽的步骤。
一般而言，在取向电工钢板的制造工艺中，将Si为3重量％的板坯(slab)依次进行热轧、及热轧板退火、冷轧、脱碳退火(初次再结晶退火)、高温退火(2次再结晶退火)、平坦化退火、绝缘涂覆。
借由激光辐照的磁畴细化处理可以在冷轧之后或2次再结晶退火之后进行，但根据本发明的一实施例的取向电工钢板的制造方法是，脱碳退火(初次再结晶退火)后在钢板的表面涂覆退火隔离剂，在进行高温退火(2次再结晶退火)以在钢板的表面形成非金属氧化物层，之后对钢板的表面照射激光从而实施磁畴细化。
在钢板的表面形成非金属氧化物层的方法优选为，通过电工钢板制造工艺制得冷轧钢板之后，进行脱碳退火并将MgO为主成分且包含其他添加物的退火隔离剂涂覆到钢板上，再进行高温退火以形成含有Mg2SiO4(Forsterite)、MgAl2O4(spinel)、MnO、MnO2、Mn2SiO4等的非金属氧化物中的一种或多种组合的非金属氧化物层。
如上所述，在钢板的表面形成非金属氧化物之后，直接照射激光以进行磁畴细化，也可以在非金属氧化物层上方涂覆包含了胶体二氧化硅和金属磷酸盐的绝缘涂覆液并进行热处理以在钢板的表面进一步形成绝缘膜后，再照射激光以进行磁畴细化。
如上所述，在钢板的表面形成有非金属氧化物层时，该层能能够增加激光吸收率，因而利用能量密度相对较低的激光也能够形成凹槽。
如上所述，在形成有非金属氧化物层的钢板的表面照射激光以进行磁畴细化时，激光的照射条件可满足下述式(1)。
这时所使用的激光束只要其能量分布具有高斯能量分布，则与激光的振荡方式无关，优选使用连续波激光或扩展(Extended Plus)激光。
具有高斯能量分布的激光，其优选为在单模的光轴中心具有最大强度的TEM00模式。用来表示激光束模式的光束质量因子(factor)M2优选为1.0-1.1。
磁畴细化所使用的激光优选为波长在1.06-1.08范围内的激光。因此，可以使用该波长范围内的任何激光，但优选为Nd:YAG激光或光纤激光。
此时使用的激光的功率优选为0.5-5kW，激光的能量密度优选为0.5-2.0J/mm2。
另外，照射到钢板的激光束的最终形态优选为椭圆形，椭圆形光束的轧制方向上的宽度优选为0.005-0.1mm，钢板宽度方向上的光束的长度优选为0.03-0.2mm。
照射满足上述条件的激光可得到深度为电工钢板厚度的3％至8％的凹槽。
在一实施例中，通过照射激光而形成凹槽之后，再向所述凹槽照射宽度和长度不同的激光束，这样可以得到凹槽的最深处的曲率半径(RBb)为0.2μm至100μm，且凹槽最深处至凹槽的深度(D)的1/4处的凹槽表面的曲率半径(RSb)为4μm至130μm的凹槽。
在另一实施例中，向钢板照射激光以形成初次凹槽，该激光在钢板的宽度方向上的尺寸为10μm至30μm，在钢板的轧制方向上的尺寸为5μm至20μm，之后在所述初次凹槽照射激光以形成2次凹槽，该激光在钢板的宽度方向上的尺寸为35μm至80μm，在钢板的轧制方向上的尺寸为25μm至50μm。如此一来，能够形成如下一种凹槽，即凹槽的最深处的曲率半径(RBb)为0.2μm至100μm，凹槽最深处至凹槽深度(D)的1/4处的凹槽表面的曲率半径(RSb)为4μm至130μm。
但是，上述实施例只是举例说明了形成所述凹槽的方法，能够实现本发明的目的—即，能够形成凹槽的最深处的曲率半径(RBb)为0.2μm至100μm，凹槽最深处至凹槽深度(D)的1/4处的凹槽表面的曲率半径(RSb)为4μm至130μm的凹槽，但并不旨在限定凹槽的形成方法。
因此，另一实施例中的形成所述凹槽的方法的优选方法为通过激光辐照的方法，但也包括通过机械研磨形成凹槽的方法，或者通过化学蚀刻形成凹槽的方法。
在下文中，通过实施例对本发明进行详细的说明。但是，下述实施例只是示意性地示出了本发明，本发明的范围并不限定于下述实施例中。
首先，准备板坯，其包含0.0050重量％的O、3.0重量％的Si、0.05重量％的C、0.03重量％的Al、0.07重量％的Mn、0.003重量％的N、0.005重量％的S、及0.02重量％的P，余量为Fe及不可避免的杂质。
将所述板坯在1100℃的温度下加热，再进行热轧以制得热轧钢板。之后，对所述热轧钢板进行冷轧，以制得具有0.3mm厚度的冷轧钢板。
对以如上方式制得的冷轧钢板进行脱碳退火及氮化处理，再涂覆以MgO为主成分的退火隔离剂，其在钢板的涂覆量为8g/㎡，之后再对钢板进行2次再结晶退火。
通过上述2次再结晶退火，在钢板的表面形成了厚度约为3-5μm的Mg2SiO4(Forsterite)涂覆层。
之后，在形成有Mg2SiO4(Forsterite)涂覆层且厚度为0.30mm的电工钢板上，照射高斯光束形态的连续波光纤激光以进行磁畴细化处理。
此时，光纤激光的功率为900W，通过调节扫描速度以满足下述表1所示的V/P值。另外，通过激光辐照而形成凹槽时，凹槽最深处(Db)的曲率半径(RBb)和凹槽最深处至凹槽深度(D)的1/4处的凹槽表面的曲率半径(RSb)的值如下表1所示。其中，线状凹槽与电工钢板的轧制方向呈85°角度。
【表1】
在表1中，对照射激光以形成凹槽之前的电工钢板的铁损(W1)和照射激光而形成凹槽之后的铁损(W2)进行测量，通过(W1-W2)/W1计算出铁损改善率。
如表1所示，满足本发明的激光辐照条件和凹槽形成条件的实施例中的铁损改善率均在3％以上，但不满足本发明的激光辐照条件和凹槽形成条件的比较例中的铁损改善率在3％以下。
另外，如表1所示，在凹槽下方通过热处理形成再结晶时，铁损改善率良好，但在凹槽下方未形成再结晶时，铁损改善率降低或变差。
上文中，参照附图对本发明的实施例进行了描述，不能理解为本发明限定于该些实施例。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。

Claims (27)

1.一种在表面形成有凹槽的取向电工钢板，其特征在于，
所述凹槽在所述电工钢板的表面涂覆有非金属氧化物层的状态下形成，
所述凹槽以凹槽的宽度(Wb)与深度(Db)之比为3.4:1至1.5:1的方式形成窄深的凹槽，
其中，在所述凹槽的最深处，凹槽的曲率半径RBb是0.2μm至50μm，
其中，所述凹槽的最深处至凹槽的1/4深度(D)之处的凹槽表面的曲率半径RSb是4μm至120μm。
2.根据权利要求1所述的取向电工钢板，其特征在于，
所述凹槽以凹槽的宽度(Wb)与深度(Db)之比为3.2:1至2:1的方式形成窄深的凹槽。
3.根据权利要求1所述的取向电工钢板，其特征在于，
将曲率半径RBb与曲率半径RSb的垂直切线相互连接的切线的拐点(Xb)形成在低于所述凹槽1/2深度(1/2Da)之处，其中，所述曲率半径RBb为所述凹槽的底部中最深处的曲率半径，所述曲率半径RSb为自所述凹槽的最深处至凹槽1/4深度(Db)的凹槽表面的曲率半径。
4.根据权利要求2所述的取向电工钢板，其特征在于，
将曲率半径RBb与曲率半径RSb的垂直切线相互连接的切线的拐点(Xb)形成在低于所述凹槽1/2深度(1/2Da)之处，其中，所述曲率半径RBb为所述凹槽的底部中最深处的曲率半径，所述曲率半径RSb为自所述凹槽的最深处至凹槽1/4深度(Db)的凹槽表面的曲率半径。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的取向电工钢板，其特征在于，
所述非金属氧化物层由Mg2SiO4、MgAl2O4、MnO、MnO2或Mn2SiO4中的任一种或者多种组合形成。
6.根据权利要求5所述的取向电工钢板，其特征在于，
在所述电工钢板的表面形成厚度为1-20μm的所述非金属氧化物层。
7.根据权利要求5所述的取向电工钢板，其特征在于，
在所述电工钢板的表面形成厚度为1-5μm的所述非金属氧化物层。
8.根据权利要求7所述的取向电工钢板，其特征在于，
在所述凹槽的下方存在基体钢板的再结晶。
9.根据权利要求8所述的取向电工钢板，其特征在于，
所述凹槽的深度(Db)是电工钢板厚度的3％至8％。
10.根据权利要求9所述的取向电工钢板，其特征在于，
所述凹槽的上方宽度(Wb)是10μm至50μm。
11.根据权利要求10所述的取向电工钢板，其特征在于，
所述凹槽以线状形成，所述线状凹槽相对于电工钢板的轧制方向呈82°至98°且不包括90°。
12.一种取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
所述制造方法包括：
经冷轧的电工钢板在进行脱碳退火之后，涂覆退火隔离剂，再进行高温退火而形成2次再结晶，从而在所述电工钢板的表面形成非金属氧化物层的步骤；以及
在电工钢板的表面的形成凹槽的步骤，其中电工钢板的表面上形成有所述非金属氧化物层，所述凹槽是宽度(Wb)与深度(Db)之比为3.4:1至1.5:1的窄深的凹槽，
其中，在所述形成凹槽的步骤中，
在所述凹槽的最深处，形成的凹槽的曲率半径RBb是0.2μm至50μm，
所述凹槽的最深处至凹槽的1/4深度(D)之处的凹槽表面的曲率半径RSb是4μm至120μm；
其中，所述形成凹槽的步骤中，向所述钢板照射激光束，所述激光束在所述钢板的宽度方向上的尺寸为10μm至30μm，以及在所述钢板的轧制方向上的尺寸为5μm至20μm，从而形成初次凹槽，在所述初次凹槽上照射激光束从而形成2次凹槽，所述激光束在所述钢板的宽度方向上的尺寸为35μm至80μm，在所述钢板的轧制方向上的尺寸为25μm至50μm。
13.根据权利要求12所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
所述形成凹槽的步骤中，使用具有高斯能量分布且处于TEM00模式、以及光束质量因子M2是1.0-1.1的连续波激光来形成凹槽。
14.根据权利要求13所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
所述连续波激光的波长在1.06-1.08范围内，功率为0.5-5kW，能量密度是0.5-2.0J/mm2。
15.根据权利要求14所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
所述连续波激光是Nd:YAG激光或光纤激光中的任一种。
16.根据权利要求13所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
所述激光具有如下式1所示范围内的能量密度，
0.010W-1m/s≤P-1×V≤0.080W-1m/s----(1)，
其中，P表示激光的功率(W)，V表示激光照射速度(m/s)。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
所述形成凹槽的步骤中，以所述凹槽的宽度(Wb)与深度(Db)之比为3.2:1至2:1的方式形成所述凹槽。
18.根据权利要求17所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
所述形成凹槽的步骤中，
将曲率半径RBb与曲率半径RSb的垂直切线相互连接的切线的拐点(Xb)形成在低于所述凹槽1/2深度(1/2Da)之处，其中，所述曲率半径RBb为所述凹槽的底部中最深处的曲率半径，所述曲率半径RSb为自所述凹槽的最深处至凹槽1/4深度(Db)的凹槽表面的曲率半径。
19.根据权利要求18所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
所述非金属氧化物层由Mg2SiO4、MgAl2O4、MnO、MnO2或Mn2SiO4中的任一种或者多种组合形成。
20.根据权利要求19所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
所述非金属氧化物层的厚度是1-20μm。
21.根据权利要求19所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
所述非金属氧化物层的厚度为1-5μm。
22.根据权利要求19所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
在所述非金属氧化物层的上方进一步形成绝缘涂层。
23.根据权利要求19所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
对形成有所述凹槽的所述电工钢板进行热处理，以在所述凹槽的下方进一步形成基体钢板的再结晶。
24.根据权利要求23所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
所述再结晶的形成方法是用于形成绝缘涂层的热处理或去应力退火中的任一种。
25.根据权利要求19所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
所述形成凹槽的步骤中，所形成的凹槽的深度(Db)是电工钢板厚度的3％至8％。
26.根据权利要求25所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
所述形成凹槽的步骤中，所形成的凹槽的上方宽度(Wb)是10μm至50μm。
27.根据权利要求26所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
所述形成凹槽的步骤中，所形成的线状凹槽与电工钢板的轧制方向呈82°至98°的角度且不包括90°。
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