CN1163916C - 超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
通过在钢板的基体表面和张力绝缘膜之间的界面上形成一层界面层或形成一层极薄的底膜,或者通过在形成界面层之前将钢板浸在主要由SiCl4组成的氯化物水溶液中以溶解基体表面或采用含SiCl4的水溶液进行抛光处理或酸洗处理,这样便显著改进膜对硅钢板基体表面的粘着性,该界面层例如为Fe、Si、Al、B中一种或多种元素的氮化物-氧化物层,而该底膜是通过Fe、Si、Al、B中一种或多种元素的氮化物-氧化物均匀分散到与张力绝缘膜的组成相同的膜成分中而形成的,故可得到铁心损耗显著优于常规钢板的超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板并可降低成本和提高产率。
Description
技术领域
本发明涉及超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板和制造这种钢板的方法,具体是,本发明能以低成本进一步改进铁心损耗特性以及磁致伸缩的压应力,改进的方法是在最后退火的硅钢板的一个表面上或在最后退火的具有直线凹槽区域的硅钢板的一个表面上形成极薄的含硅的氮化物-氧化物层和在该层上形成张力绝缘膜。
背景技术
晶粒取向硅钢板主要用作变压器铁心和其它电气器件,要求其具有很高的作为磁特性的磁通密度(用B8值表示)和低铁心损耗(用W17/50表示)。
为改进晶粒取向硅钢板的磁特性,一方面要求钢板中二次再结晶晶粒的<001>轴线显著地排列在轧制方向,另一方面又要求尽可能减小留在最终制品中的杂质和沉淀。
为此,在N.P.Goss提出采用两级冷轧制法针对晶粒取向硅钢板的基本制造技术之后,不断重复着对这种制造技术的很多改进,以便年年都能改进晶粒取向硅钢板的磁通密度和铁心损耗值。
在这些改进中,有JP-B-51-13469所述的用Sb和MnSe或MnS作抑制剂的方法和JP-B-33-4710、JP-B-40-15644、JP-B-46-23820等所述的用AlN和MnS作抑制剂的方法。按照这些方法,已经获得磁通密度B8高达1.88T的产品。
为获得磁通密度较高的产品,JP-B-57-14737公开了在原料中混合加入Mo,或JP-B-62-42968公开了在原料中混合加入Mo以后、在中间退火之后在正要进行最后冷轧之前应用淬火处理,由此可以得到B8不小于1.90T的高磁通密度和W17/50不大于1.05W/kg的低铁心损耗(产品厚度0.3mm)。然而仍有余力进一步充分降低铁心损耗。
特别是因为十多年前的能源危机很希望尽可能降低功率损耗,而且还希望即使在用作所具有特色的铁心材料时也希望进一步降低损耗。为此采用厚度不超过0.23mm(9密尔)的很多制品,以便尽可能多地降低涡流损耗。
上述方法主要是冶金方法。除这些方法之外,已提出一种减小铁心损耗的方法(细分磁畴的方法),在这种方法中,在最后退火之后的钢板表面上用激光或等离子体进行辐照,以便人为地减小180°的磁畴宽度(B.Fukuda,K.Sato,T.Sugiyama,A.Honda and Y.Ito,Proc.ofASM Con.of Hard and Soft Magnetic Materials,8710-008(USA),1987)。利用开发的这种技术可以大大降低晶粒取向硅钢板的铁心损耗。
然而这种方法的缺点在于,它不能经受较高温度的退火,所以存在应用受到限制的问题,其只能用于不需要应变释放退火的那种叠层铁心型变压器。
在这方面,一种方法已被工业化,称为磁畴精密分开法,其可以承受应变释放退火,该种方法是在晶粒取向硅钢板最后退火之后在钢板的一个表面上形成直线凹槽,从而通过这种槽的反磁场效应细分磁畴(H.Kobayashi,E.Sasaki,M.Iwasaki and N.Takahashi,Proc.SMM-8.,(1987),P.402)。
除这种方法外,还提出一种方法并使之工业化,在这种方法中,使晶粒取向硅钢板的最后冷轧板经受局部电解蚀刻以形成槽,由此分开磁畴(JP-B-8-6140)。
除上述制造硅钢板的方法以外,在JP-B-55-19976、JP-A-56-127749和JP-A-2-3213中还介绍了用非晶形合金作普通电力变压器、高频变压器等的材料。
虽然与常规晶粒取向硅钢板相比,用这种非晶形材料可以得到极好的铁心损耗特性,但在实际应用中具有缺点,即缺少热稳定性,空间系数低劣,不易加工,并且太薄太脆,造成变压器的组装成本大大增加,因此目前还不可能大量获得这种材料。
另外,在JP-B-52-2449中提出一种方法,在这种方法中,将在硅钢板最后退火之后形成的镁橄榄石底膜除去,抛光钢板表面,然后在钢板表面上镀金属。
然而在此方法中,只能在低温下获得低的铁心损耗,当其经过高温处理时,金属便扩散进入硅钢板,存在铁心损耗特性显著降低的缺点。
为解决上述问题,本发明人在JP-B-63-54767等专利中公开:利用CVD(化学气相淀积)法或PVD(干电镀)法例如离子电镀、离子注入等方法抛光晶粒取向硅钢板,然后在该钢板上形成一种或多种张力膜,该一种或多种张力膜选自一组由Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、Nb、Ta、Hf、Al、Cu、Zr和B的氮化物和碳化物构成的膜,由此可以获得超低的铁心损耗。
虽然利用这种制造方法可以得到用作电力变压器、高频变压器等的材料的极好的铁心损耗特性,但是还不能说它已充分地满足了对荻取低铁心损耗的要求。
因此本发明人为了比常规方法进一步降低铁心损耗,从各个方面进行了基础的重新研究。
也就是说,为了以一种稳定的步骤在晶粒取向硅钢板的平滑表面上形成从各种氮化物和碳化物中选出的一种或多种张力膜以荻超低铁心损耗,本发明人认识到必须从晶粒取向硅钢板的原料组成到最后的处理步骤进行基本的再研究,并且已进行了各种研究,从硅钢板的晶体结构研究到钢板表面抛光或最后的CVD或PVD处理步骤。
结果,获得了以下认识。
(1)覆盖于硅钢板上的薄陶瓷膜(用TiN膜作典型例子)甚至在其厚度不小于1.5μm时便能减小铁心损耗的改进程度。即,厚度不小于1.5μm的TiN膜预料可以稍微改进铁心损耗,但却使空间因素和磁通密度显著变差。
(2)在这种情况下,TiN除了能为陶瓷施加张力之外,更重要的是对硅钢板提供粘着特性的作用。即,用透射电子显微微镜观察TiN的横断面时(见“Yukio Inokuti:Bulletin of The Japan Instituteof Metals 60(1996),P.781-786”),可以看到10nm的横条纹,该条纹对应于硅钢板〔011〕方向的Fe-Fe原子的5个原子层。
(3)当用X射线同时测量TiN覆盖区的双层晶体结构和化学抛光区时(见“Y.Inokuti,ISIJ International,P.347-352),位于抛光区的Fe的{200}峰值形状为圆形。然而位于TiN覆盖区的Fe的{200}峰值形状为椭球形,并处于沿硅钢板的〔100〕si-钢方向强烈施加应力的状态。
(4)TiN薄膜的张力8-10MPa(见“Yukio Inokuti,KazuhiroSuzuki,Yasuhiro Kobayashi,Bulletin of The Japan Institute ofMetals,60(1996),P.674-678”),由于该张力,预计磁通密度可以提高约0.014-0.016T(这相当于提高约1°的Goss取向排列度)。
上面是对陶瓷层的新认识,但是对陶瓷膜和钢板的表面状态还可得到以下的认识。
(5)当在最后冷轧的硅钢板上进行局部电解蚀刻而形成槽、在二次重结晶处理后用抛光法抛光钢板的表面并在该表面上镀上TiN陶瓷膜时,可通过成形凹槽的反磁场效应细分磁畴以及通过陶瓷膜施加张力而可以有效降低铁心损耗。
(6)当于镀陶瓷膜之前在钢板的表面上形成凹槽时,由张力减小铁心损耗的效应大于用通常抛光法抛光硅钢板所产生的效应(见JP-B-3-32889)。
即,当形成槽时,通过在槽形成部分上镀层的张力和通过在未形成槽的部分上镀层的张力之间存在差别,或不同的张力作用在硅钢板的表面上,从而提高了用这种张力减小铁心损耗的程度。
(7)当在具有凹槽的硅钢板上镀陶瓷膜时,减小铁心损耗的作用比用抛光法进行抛光且镀陶瓷膜的作用更有效。
也就是说,形成直线凹槽,利用这些槽的反磁场效应而细分磁畴,然后形成陶瓷张力膜,更进一步细分180°的主磁畴,由此可以更有效地获得超低的铁心损耗。
(8)当在最后冷轧的硅钢板上用局部电解蚀刻法形成槽时,即使TiN陶瓷膜形成在二次重结晶处理后没有用抛光法抛光的钢板表面上,减小铁心损耗的效应也很显著。即,当热膨胀系数小的陶瓷膜在没有用抛光法抛光的状态下、例如在存在小的凹凸不平的状态下被镀覆在采用酸洗法等处理过的表面上时,可以向硅钢板的表面施加很强的张力,因而可以有利地减小铁心损耗。
为达到上述目的,本发明人已经根据上述新的认识作了很多实验和研究,并且已发现,当在表面抛光的硅钢板和形成有直线槽的硅钢板的两种情况下、在硅钢板的表面上形成若干种陶瓷张力膜,并且这些陶瓷张力膜的热膨胀系数朝外侧逐渐减小时,可以很有效地降低铁心损耗,因而可以以新方式开发出铁心损耗很低的晶粒取向硅钢板(日本专利申请No.9-328042)。
由此得到的晶粒取向硅钢板具有其粘着特性极好的很薄的陶瓷张力膜,能够达到超低的铁心损耗,具有绝缘性能和极佳的空间系数,因而的确可以说是理想的硅钢板。
然而为形成这种致密的陶瓷膜,必须在真空中的强离子体气氛中进行处理。在这种情况下不能高速度形成陶瓷膜,生产率低,因而仍然存在工业生产成本高的问题。
除此之外,最近日本专利No.266 2482和No.266 4326提出了通过在钢板的光滑表面上形成氧化铝-氧化硼的复合膜获得低铁心损耗的晶粒取向硅钢板,该钢板相对于膜的附着特性和铁心损耗均有提高。
然而用这些方法生产的硅钢板的铁心损耗值W17/50对于厚度为0.2mm的产品而言仅约0.77-0.83W/kg,因而应当说还有改进的余地,因为尽管制品厚度变薄,但铁心损耗值仅仅是上限的程度。
发明内容
本发明人根据上述新的认识对硅钢板的表面状态及在该表面上形成的张力绝缘膜又重新进行了研究。
另外,还改进了磁致伸缩的压应力特性(以后简称为磁致伸缩特性)。
硅钢板的磁致伸缩是在钢板磁化时钢板发生弹性振动的现象,这是变压器中发生噪声的最大原因。
磁致伸缩效应的原因在于,钢板的磁化过程包括90°磁畴壁的平动和转动磁化,所以磁致伸缩随着作用在钢板上的压应力增加而增加。在组装变压器时,压应力不可避免地作用于钢板上,所以由于磁致伸缩的压应力特性,使张力预先作用在钢板上的特性是有利的。当然,向钢板施加张力可以有效地改进晶粒取向硅钢板的铁心损耗。
此前试图采用次生氧化皮(SiO2)、镁橄榄石底膜和张力绝缘膜来增加张力,由此改进晶粒取硅钢板的磁致伸缩特性,该次生氧化皮是在二次再结晶之前的脱碳和一次再结晶退火期间在钢板表面上形成的,该镁橄榄石底膜是在最后退火期间与主成分为MgO的退火脱模剂(annealing separator)发生高温反应形成的,而张力绝缘膜形成在该底膜上,其主要由磷酸盐和硅胶组成,但是采用这种常规方法不能期待将磁致伸缩特性显著改进到令人满意的程度。
作为上述研究的结果,已经发现,如果在硅钢板的表面上形成包括Fe、Si、Al和B中选出的一种或多种元素的氮化物-氧化物的界面层,随后再形成通常的磷酸盐张力绝缘膜以用作张力膜,则不仅可以显著减小铁心损耗,而且还可以有效地改进磁致伸缩特性,以及进一步提高生产效率并降低成本。
即,已经发现,更有效的是在钢板表面上形成极薄的含硅的氮化物-氧化物层,方法是在表面上吸附从Fe、Si、Al和B中选择出的一种或多种元素,特别是吸附活性态的Si,随后使其暴露在含N的非氧化气氛中,或在非氧化气氛中进行热处理。
另外还发现,在采用下述方法时,可以形成其组成基本上与张力绝缘膜的组成相同的极薄的膜,而且存在于膜中的包括Fe等元素的无机化合物可以转变成Fe等元素的具有很大活性的氮化物-氧化物,从而牢固地粘着在钢板的表面上,因而可在钢板表面上形成具有高度粘着性的极薄的膜,该方法是,在形成基本上由磷酸盐和硅胶组成的张力绝缘膜之前,用水稀释张力绝缘膜的涂渍溶液,然后在该稀释的溶液中加入从Fe、Si、Al和B中选择出的一种或多种元素的无机化合物,由此得到处理溶液,然后薄薄地涂上这种溶液,使含有微量Fe等元素的无机化合物粘着在钢板表面上,随后最后在非氧化气氛中进行热处理。另一方面,已经发现,因为极薄的膜与形成在其上的张力绝缘膜是相同的,所以这种膜的粘着特性很好,因而可以在钢板的表面上形成与常规张力绝缘膜相比具有极优粘着性的张力绝缘膜,结果,可以以高产率和低成本生产具有极低铁心损耗和极好磁致伸缩特性的晶粒取向硅钢板。
另外还发现,将选自Fe、Al、Si和B中的一种或多种元素的少量无机化合物加入到用水稀释的主要由磷酸盐和硅胶构成的涂渍溶液中便形成处理溶液,在涂覆该处理溶液之前,如将晶粒取向硅钢板浸入SiCl4水溶液或主要为SiCl4构成的氯化物水溶液中以溶解基体表面,或采用SiCl4水溶液进行抛光处理或酸洗处理,则可以进一步改进底膜粘着在钢板上的粘着特性。
本发明便是基于上述认识。
根据本发明,提供了一种超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板,在其表面上形成主要由磷酸盐和硅胶构成的张力绝缘膜,该钢板在最后退火后其厚度为0.05-0.5mm,在钢板的基体表面和张力绝缘膜之间的界面上形成包括Si和选自Fe、Al和B中的一种或多种元素的氮化物-氧化物的界面层。
根据本发明的一个优选实施方案,界面层是厚度为0.001-0.1μm的的含Si的氮化物-氧化物层。
根据本发明的一个优选实施方案,界面层是厚度为0.001-3.0μm的底膜,该底膜的形成方法是:使选自Fe、Si、Al和B中的一种或多种元素的氮化物-氧化物均匀分散到与张力绝缘膜的组成相同的膜组分中。
根据本发明的一个优选实施方案,其特征在于,钢板的基体表面上具有直线凹槽区域,该槽的宽度为50-500μm,深度为0.1-50μm,在垂直于轧制方向的方向上的间距为2-10mm。
根据本发明的一个优选实施方案,在最后退火之后,晶粒取向硅钢板的表面经受抛光处理。
根据本发明的一个优选实施方案,晶粒取向硅钢板的表面不经受抛光处理,但经受酸洗处理。
根据本发明的另一个方面,提供了一种制造超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板的方法,包括在最后退火后厚度为0.05-0.5mm的晶粒取向硅钢板的一个表面上涂上包括选自Fe、Si、Al和B中的一种或多种元素的化合物的溶液,将硅钢板暴露于含N的非氧化气氛中,由此形成界面层,该界面层至少包含Si和选自Fe、Al和B中的一种或多种元素的少量氮化物-氧化物,然后形成张力绝缘膜。
根据本发明的一个优选实施方案,含Si化合物的溶液用作涂渍溶液,该溶液以0.001-2.0g/m2的量涂在晶粒取向的硅钢板的表面上,从而使少量硅粘着在处于活性状态的钢板表面上。
根据本发明的一个优选实施方案,通过涂覆含硅化合物的溶液使少量硅粘着到处于活性状态的晶粒取向硅钢板的表面上以后,使钢板暴露于含N的非氧化气氛中。
根据本发明的一个优选实施方案,通过涂覆0.001-2.0g/m2的含硅化合物的溶液而使少量Si粘着在处于活性状态的晶粒取向硅钢板的表面上以后,将钢板放在非氧化的气氛中进行短时热处理,从而在钢板的表面上形成厚度为0.001-0.1μm的包含硅的氮化物-氧化物层。
根据本发明的一个优选实施方案,将选自Fe、Si、Al和B中一种或多种元素的少量无机化合物加入到用水稀释的主要由磷酸盐和硅胶构成的用作张力绝缘膜的涂渍溶液的稀释溶液中便可得到处理溶液,接着,用该处理溶液作涂渍溶液,将该处理溶液涂在晶粒取向硅钢板的表面上并使其干燥,由此使包括Fe、Si、Al和B中一种或多种元素的少量无机化合物粘接在钢板表面上。
根据本发明的一个优选实施方案,通过涂敷处理溶液而使包括选自Fe、Si、Al和B中的一种或多种元素的0.001-0.5摩尔/升的无机化合物粘附在钢板表面上,该处理溶液是将选自Fe、Si、Al和B中的一种或多种元素的0.001-0.5摩尔/升的无机化合物加入到用水稀释的主要由磷酸盐和硅胶组成的用作张力绝缘膜的涂渍溶液的稀释溶液中而形成的,在将处理溶液涂敷在钢板的表面上以后,将钢板放在非氧化的气氛中进行短时热处理,由此在钢板表面上形成厚度为0.001-3.0μm的底膜,该底膜是通过使Fe、Si、Al和B中的一种或多种元素的氮化物-氧化物均匀分散到其组成与张力绝缘膜的组成相同的膜组成中而形成的。
根据本发明的一个优选实施方案,其特征在于,在涂敷处理溶液之前,使晶粒取向硅钢板浸入在SiCl4的水溶液中或浸入在含SiCl4的氯化物水溶液中,以溶解基体表面,该处理溶液是将Fe、Si、Al和B中的一种或多种元素的0.001-0.5摩尔/升无机化合物加入到用水稀释的包括磷酸盐和硅胶的用作张力绝缘膜的涂渍溶液的稀释溶液中而制备成的。
根据本发明的一个优选实施方案,在将晶粒取向硅钢板浸入SiCl4水溶液或主要含SiCl4的氯化物水溶液中进行浸入处理之后,使钢板表面暴露在含N的非氧化气氛中,以进行暴露处理。
根据本发明的一个优选实施方案,宽度为50-500μm而深度为0.1-50μm的直线凹槽区域形成在钢板的基体表面上,该槽在垂直于轧制方向的方向上的间距为2-10mm。
根据本发明的一个优选实施方案,最后退火之后的晶粒取向硅钢板的表面是经受抛光处理的表面。
根据本发明的一个优选实施方案,晶粒取向硅钢板的表面是不承受抛光处理而承受酸洗处理的表面。
根据本发明的一个优选实施方案,利用含SiCl4的水溶液进行抛光处理或酸洗处理。
根据本发明的一个优选实施方案,在用含SiCl4的水溶液进行抛光处理或酸洗处理之后,使钢板的表面暴露在含N的非氧化气氛中,以进行暴露处理。
附图说明
图1是曲线图,比较了本发明例子和常规例子的硅钢板的磁致伸缩;
图2是示意图,示出靠近表面的部分,比较了现有的晶粒取向硅钢板(图2a)和本发明的晶粒取向硅钢板(图2b),本发明的钢板具有在极薄含Si氮化物-氧化物层上形成的张力绝缘膜;
图3是示意图,示出靠近表面的部分,比较了两种常规晶粒取向硅钢板和本发明的晶粒取向硅钢板,一种常规晶粒取向硅钢板的制作方法是,在最后退火之后在晶粒取向硅钢板表面上仅形成主要由磷酸盐和硅胶组成的张力绝缘膜(图3a),另一种常规晶粒取向硅钢板的制作方法是先在晶粒取向硅钢板的光滑表面上形成极薄的TiN、CrN等的陶瓷膜,然后再于该陶瓷膜上形成张力绝缘膜(图3b),本发明的晶粒取向硅钢板的制作方法是,在晶粒取向硅钢板和张力绝缘膜之间的界面上形成极薄的底膜,该底膜中均匀分散有少量Fe、Si、Al、B等的氮化物-氧化物(图3c);
图4是曲线图,示出分散在极薄底膜中的氮化物-氧化物中的氧化物组分;
图5是曲线图,示出在涂敷张力绝缘膜的涂渍溶液之前板厚度的减小量与制品钢板的铁心损耗W17/50(W/kg)之间的关系;
图6是曲线图,比较了用化学抛光材料和SiCl4材料时的表面N浓度。
具体实施方式
下面具体说明本发明。
首先说明形成本发明的实验结果。
例1
硅钢的连铸板坯其成分(重量百分数)为C:0.068%、Si:3.33%、Mn:0.067%、Se:0.020%、Sb:0.025%、Al:0.020%、N:0.0076%、Mo:0.013%、余量基本上为Fe,将该板坯在1350℃加热4小时,然后热轧,做成厚度2.0mm的热轧板。使该热轧板在970℃进行标准化退火3分钟,再轧制两次,其间在1050℃进行中间退火,从而得到厚度0.23mm的最后冷轧板。
然后对最后的冷轧板进行如下处理。
①将基本上为醇酸树脂的耐腐蚀油墨用照相凹板印刷法施加在最后冷轧板的表面上,使其留下宽度为200μm的直线未涂覆部分,该未涂覆部分在大体垂直于轧制方法的方向上间距为4mm,随后在200℃烘烤3分钟。在这种情况下,油墨厚度为2μm。使涂覆有耐腐蚀油墨的钢板经受电解蚀刻,以形成宽度200μm和深度20μm的直线凹槽,然后浸入有机溶剂中,以除去油墨。在这种情况下,在NaGl电解液中进行电解蚀刻,条件是:电流密度10A/dm2,处理时间20秒。
②为进行比较,提供没有经过条目①处理的最后冷轧板。
然后将条目①和②的钢板放在840℃的湿H2中以进行脱碳和一次再结晶退火,并将成分为MgO(20%)、Al2O3(75)和CaSiO3(5%)的退火脱模剂的浆液涂在钢板表面上,并在850℃的温度下退火15小时,随后以10℃/小时的速度将温度从850℃升高到1150℃,以增加稳固排列在Goss方向的二次再结晶粒子,然后在1200℃的干燥H2中进行精炼退火。
除去由此得到制品的表面膜,然后用化学抛光法来抛光硅钢板的表面,接着进行下述三种处理中的一种处理。
(A)用磁控管溅射(PVD法中的一种)在硅钢板的表面上形成厚度约为0.02μm的极薄的Si膜之后,在1000℃的成分为N2(50%)和H2(50%)的混合气体中处理10分钟。接着在钢板的表面上形成主要由硅胶和磷酸盐构成的张力绝缘膜(约2μm厚度),并在800℃下烘烤。
(B)在950℃的SiCl4+N2+H2的混合气体中处理硅钢板的表面10分钟(CVD法),然后在硅钢板的表面上形成主要由硅胶和磷酸盐组成的张力绝缘膜(约2μm厚),并在800℃下烘烤。
(C)将硅钢板浸在80℃的SiCl4水溶液(0.5mol/l)中处理10秒,并在N2(50%)+H2(50%)的900℃的混合气体中处理10分钟。然后在钢板的表面上形成主要由硅胶和磷酸盐组成的张力绝缘膜(约2μm厚),并在800℃的温度下烘烤。
在表1中示出由此获得的制品的磁特性和粘着特性,以及在形成绝缘膜之前在硅钢板的表面上如由X射线光电子显微能谱仪(XPS能谱法)测得的Si、O和N的分析值。
表1中还示出在用方法①和②进行二次再结晶处理后用化学抛光法抛光晶粒取向硅钢板表面,除去制品上的表面膜,并且在钢板表面上形成主要由硅胶和磷酸盐组成的张力绝缘膜(约2μm厚)且将其在800℃的温度下进行烘烤,将其作为比较例。
表1
处理条件 | 含Si的极薄层的形成 | 磁特性 | 粘着性 | XPS的分析值(计数/秒) | ||||
B8(T) | W17/50(W/kg) | 弯曲* | 评价 | Si | N | O | ||
① | A | 1.91 | 0.59 | 20mm | ○ | 22000 | 120C | 5100 |
② | 1.94 | 0.72 | 20mm | ○ | - | - | - | |
①的比较 | 没有 | 1.91 | 0.80 | ** | × | 2000 | 280 | 800 |
① | B | 1.90 | 0.60 | 20mm | ○ | - | - | - |
② | 1.94 | 0.73 | 30mm | ○ | 18000 | 1300 | 4200 | |
②的比较 | 没有 | 1.93 | 0.93 | ** | × | 1800 | 320 | 700 |
① | C | 1.91 | 0.59 | 20mm | ○ | 13000 | 780 | 2300 |
② | 1.94 | 0.73 | 20mm | ○ | 12000 | 800 | 2200 | |
②的比较 | 没有 | 1.93 | 0.95 | ** | × | 2900 | 330 | 900 |
*在圆杆上弯曲180°而膜不发生剥离情况下的直径(mm)
**由于膜的剥离,无法测定粘着性。
从表1的结果可以看出,在硅钢板上形成极薄的Si之后在非氧化气氛中进行退火处理便可以在硅钢板的表面上形成含硅的氮化物-氧化物层(Si、N、O的XPS法测定值的增加是这种特征的显示,尽管在非氧化气氛中进行处理,但0量仍然较大,Si易于与氧结合),然后再于该氮化物-氧化物层上形成张力绝缘膜,利用这种方法可以制造出具有极好磁特性和粘着性的超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板。
如上所述,用PVD法(A)和CVD法(B)作为在硅钢板表面上形成Si膜的方法时,它们会使工业生产的成本增加,但膜厚度变得极薄,与常规方法比较,因为变薄的部分而使成本降低。
下面具体介绍方法(C)。
该方法的优点是能够极为经济和有效地进行处理,因为在浸入80℃的SiCl4(0.5mol/l)水溶液处理10秒以后只需在900℃的N2(50%)+H2(50%)的混合气体中处理10分钟就足够了。
作为这种常规技术,在JP-A-60-131976、JP-A-6-184762和JP-A-9-78252中提供了在硅钢板的表面上形成一层外部氧化式的SiO2膜氧化层的方法。
然而这些方法的旨意是类似于在脱碳-初次再结晶退火时通过在湿H2中进行处理形成主要由SiO2构成的次生氧化层,以便除去硅钢板中有害的C的这种方法。特别是,在利用由这种钢板的氧化处理形成SiO2的方法中已经指出,由于硅钢板的镜像形成,降低铁心损耗的效果减弱。
另外,JP-A-5-279747提出一种形成绝缘膜的方法,其中,在晶粒取向电磁钢板表面上涂敷主要由硅胶和磷酸盐构成的绝缘层之前,涂上硅酸锂(Li2O.nSiO2)、硅酸钠(Na2O.nSiO2)或类似物(水玻璃),然后烘烤,形成一层底膜。
然而在此方法中,用作底膜材料的Si化合物是氧化物、例如SiO2,所以很难说对于钢板表面的粘着性或对于钢板表面的接合作用是充分的,因此不能获得如本发明那样的对薄膜的良好粘着性以及降低铁心损耗的效果。
例2
在1350℃的温度下加热组成(百分重量)为C:0.076%、Si:3.42%、Mn:0.075%、Se:0.020%、Sb:0.023%、Al:0.020%、N:0.0075%、Mo:0.012%、余量基本为Fe的硅钢的连铸板坯4小时,然后热轧,形成厚度2.0mm的热轧板。在1000℃下使该热轧板进行标准化退火3分钟,接着轧制两次,其间经过1020℃的中间退火,形成厚0.23μm的最后冷轧板。
然后按下述方法处理冷轧板。
①利用照相凹板印刷法将大体为醇酸树脂构成的耐蚀刻油墨施加在最后冷轧板的表面上,留下未涂覆的直线形部分,该部分宽200μm,在大体垂直于轧制方向的方向间距4mm,然后在200℃烘烤3分钟。此时,油墨厚度为2μm。将印有耐蚀刻油墨的钢板进行电解刻蚀,形成直线凹槽,该槽宽度200μm,深度20μm,然后浸入有机溶剂,溶去油墨,用NaCl电解液进行电解蚀刻,蚀刻条件为电流密度10A/dm2,处理时间20秒。
②为进行比较,提供没有进行条目①所述处理的最后冷轧钢板。
使这些钢板在840℃的湿H2中进行脱碳和一次再结晶退火,而后在钢板①的表面上涂上成分为MgO(15%)、Al2O3(75%)和CaSiO3(10%)的退火脱模剂的浆液,而在钢板③的表面上涂上主要由MgO组成的退火脱模剂的浆液,接着将这些钢板在850℃下退火15小时,然后使温度以10℃/小时的速度从850℃上升到1150℃,以产生牢固排列在Goss方向上的二次再结晶晶粒,接着在1200℃的干H2气中进行精炼退火。
随后将得到的钢板进行以下处理。
(a)用HCl(10%)和H3PO4(8%)的混合酸洗溶液处理在条件①处理时在硅钢板的表面上形成的氧化膜,然后将其浸入到85℃的SiCl4水溶液中处理30秒,接着在钢板表面上形成(在800℃)主要由磷酸镁和硅胶组成的张力绝缘膜(约1.5μm厚)。
(b)用HCl(10%)处理在条件①下处理时在硅钢板表面上形成的氧化膜之后,用3%的氟氢酸和过氧化氢进行化学抛光,然后将其浸入85℃的SiCl4水溶液(0.02mol/1)中浸没30秒、接着在钢板表面上形成(800℃)主要由磷酸镁和硅胶组成的张力绝缘膜(约1.5μm厚)。
(c)在具有在条件②处理时形成的镁橄榄石膜的硅钢板表面上形成(在800℃)主要由磷酸镁和硅胶组成的张力绝缘膜(约1.5μm厚)。
将如此得到的硅钢板在800℃进行应变消除退火2小时,由此得到钢板制品。
在测量各个钢板制品的磁特性时,板(a)的B8=1.91T,W17/50=0.66W/kg,而板(b)的B8=1.91T,W17/50=0.65W/kg,这与常规板(C)相比是极好的,常规板(C)的B8=1.91T,W17/50=0.73W/kg。
另外,测量了各个制品板的磁致伸缩压应力特性,结果示于图1。
如图1所示,即使压应力增加到0.7kg/mm2,在本发明的例子(a)和(b)中也很难见到磁应变λpp的增加,而对于常规钢板(C),当压应力不小于0.35kg/mm2时,磁应变λpp便急速上升,当压应力为0.50kg/mm2时,磁应变λpp便达到3.2×10-6的高值。
按照本发明在形成张力绝缘膜之前形成极薄的含Si的氮化物-氧化物层,利用这种方法改进磁致伸缩的压应力特性的原因如下所述。
即,在具有镁橄榄石底膜的现有硅钢板上,如图2(a)所示,正好在钢板表面的下面(约2-3μm)存在许多由硫化物或氮化物构成的许多锚状物,所以磁畴的运动受到阻碍。在沿Goss方向的二次再结晶退火期间,由MgO和硅钢板表面上的次生氧化层(SiO2)之间的固相反应形成硅钢板的镁橄榄石底膜,此时由于存在上述许多锚形件而保证了对基体的粘着性。因此,当施加压应力时硅钢板的磁应变λpp增加。
相反,由于本发明在基体表面上形成的极薄的含Si氮化物-氧化物层具有极强的粘合作用,所以硅钢板可与绝缘膜牢固粘着在一起,在这种硅钢板中,磁畴易于运动,而且张力可以直接作用于钢板,所以可以有效改进磁致伸缩的压应力特性。
另外,不言而喻,作用在这种硅钢板上的张力不仅可以有效地改进磁致伸缩,而且还可改善铁心损耗,特别是在具有高度排列在Goss方向上的高磁通密度的晶粒取向硅钢板的情况下,这种效应特别显著。
例3
将成分(百分重量)为C:0.067%、Si:3.38%、Mn:0.077%、Se:0.020%、Sb:0.023%、Al:0.021%、N:0.0078%、Mo:0.012%、余量基本上为Fe的硅钢连铸板坯在1340℃温度下加热5小时,接着热轧,制成厚度为2.00mm的热轧板。使该热轧板在980℃温度下标准化退火3分钟,并再轧制两次,其间在1030℃下进行中间退火,由此得到厚度0.23mm的最后冷轧板。
随后使该最后冷轧板进行如下处理。
①利用照相凹板印刷法将基本为醇酸树脂构成的耐蚀刻油墨施加在最后的冷轧板上,使其留下直线未涂覆部分,该未涂覆部分宽200μm,在基本垂直于轧制方向的方向上其间隔为4mm,然后在200℃烘烤3分钟。在这种情况下,抗蚀油墨厚度是2μm。接着将涂覆有抗蚀油墨的钢板进行电解蚀刻,从而形成直线形凹槽,该槽宽200μm,深20μm,然后将其浸入到有机溶剂中,以除去抗蚀油墨。在这种情况下,在NaCl电解液中进行电解蚀刻,蚀刻条件是电流密度10A/dm2,处理时间20秒。
②为进行比较,提供不经受条目①处理的最后冷轧板。
随后使条目①和②的钢板在840℃的湿H2气中进行脱碳和一次再结晶退火,并将成分为MgO(15%)、Al2O3(75%)和CaSiO3(10%)的退火脱模剂浆液涂在钢板表面上,并在850℃退火15小时,接着将温度以12℃/小时的速度从850℃升到1150℃,以增加稳固排列在Goss方向上的二次再结晶晶粒,然后在干燥的1220℃H2中进行精炼退火。
除去由此得到的制品上的表面膜,然后用化学抛光法抛光硅钢板的表面,随后用下面六种处理方法中的一种方法进行处理。
(A)将硅钢板浸入80℃的处理溶液中处理20秒,该处理溶液是用1500厘米3(cc)的蒸馏水来稀释250厘米3的主要由磷酸盐和硅胶组成的用于张力绝缘膜的涂渍溶液并再向该稀释液中加入25厘米3的SiCl4溶液而形成的,然后将硅钢板进行水洗和干燥。
(B)将硅钢板浸入80℃处理溶液中处理20秒,该处理溶液是用1500厘米3的蒸馏水稀释250厘米3的主要由磷酸盐和硅胶构成的用于张力绝缘膜的涂渍溶液并另外向该稀释溶液中同时加入25厘米3SiCl4溶液和25gFeCl3而形成的,随后将硅钢板进行水洗和干燥。
(C)将硅钢板浸入80℃的处理溶液中处理20秒,该处理溶液是用1500厘米3的蒸馏水稀释250厘米3的主要由磷酸盐和硅胶组成的用于张力绝缘膜的涂渍溶液并另外向该稀释溶液同时加入25厘米3SiCl4溶液和25gAlPO4·3/2H2O而形成的,随后将硅钢板进行水洗和干燥。
(D)将硅钢板浸入80℃的处理溶液中处理20秒,该处理溶液是用1500厘米3的蒸馏水稀释250厘米3的主要由磷酸盐和硅胶组成的用于张力绝缘膜的涂渍溶液并另外向该稀释溶液中同时加入20gFeCl3、20gAl(NO3)和10gH3BO3而形成的,随后将硅钢板进行水洗并干燥。
(E)将硅钢板浸入80℃的处理溶液中处理20秒,该处理溶液是用1500厘米3蒸馏水稀释250厘米3主要由磷酸盐和硅胶组成的用于张力绝缘膜的涂渍溶液而形成的,然后将硅钢板进行水洗和干燥。
(F)将硅钢板浸入80℃处理溶液中处理20秒,该处理溶液是用1500厘米3蒸馏水稀释250厘米3主要由磷酸盐和硅胶组成的用于张力绝缘膜的涂渍溶液并另外向该稀释溶液加入25厘米3SiCl4溶液而形成的,随后对硅钢板进行水洗和干燥。
(G)在最后退火之后,用酸洗法除去硅钢板表面上的氧化物。
然后在950℃的N2(50%)+H2(50%)混合气体中热处理经条目(A)-(E)处理过的硅钢板,处理10分钟。
然后在钢板表面上形成(800℃)主要由磷酸镁和硅胶组成的张力绝缘膜(约2μm厚)。
测量所得制品的磁特性和粘着性,结果示于表2。
表2
条件 | 处理方法(主要由磷酸盐和硅胶组成的溶液) | 磁特性 | 粘着性*(mm) | 注解 | |
B8(T) | W17/50(W/kg) | ||||
①-A | SiCl4:50cc | 1.90 | 0.58 | 20 | 本发明例子 |
①-B | SiCl4:25cc和FeCl2:25g | 1.91 | 0.57 | 25 | 本发明例子 |
①-C | SiCl4:25cc和AlPO4:25g | 1.90 | 0.59 | 20 | 本发明例子 |
①-D | FeCl3:20g,Al(NO3)3:20g和H3BO3:10g | 1.91 | 0.59 | 20 | 本发明例子 |
①-E | 不添加包括Si、Fe、Al、B的无机化合物 | 1.90 | 0.72 | ×(剥离) | 本发明例子 |
①-F | ·SiCl4:50cc·不在950℃的(H2+N2)混合气体中退火 | 1.90 | 0.60 | 25 | 比较例 |
①-G | 不用化学抛光处理等方法来抛光晶粒取向硅钢板 | 1.88 | 0.77 | ×(剥离) | 比较例 |
②-H | 晶粒取向硅钢板上不经受蚀刻凹槽的处理 | 1.93 | 0.88 | 30 | 比较例 |
*弯曲180″不产生剥离情况下的直径(mm)
从表2的结果可以看出,在本发明的例子①-A~①-D中,即在该例子中,将表面由化学抛光法抛光的硅钢板浸入在处理溶液中,该处理溶液是用蒸馏水稀释主要由磷酸盐和硅胶组成的用于张力绝缘膜的涂渍溶液并加入包含Fe、Si、Al、B的少量无机化合物而形成的,然后在非氧化气氛中进行退火处理而形成极薄的底膜,该底膜是通过使Fe、Si、Al、B中的一种或多种元素的氮化物-氧化物均匀分散到钢板表面上的张力绝缘膜的组分中而形成的,然后用常规方式形成主要由磷酸盐和硅胶组成的张力绝缘膜,即在这种情况下可以获得铁心损耗不大于0.6W/kg的超低铁心损耗和极好的粘着性,即弯曲180°而不发生剥离情况下的直径不超过15mm。
即使在①-F的情况下,也可以得到极好的铁心损耗特性和对膜的粘着性,这些特性相当于①-A~①-D中的特性,在①-F的例子中,施加了其中添加有包括Fe、Si、Al、B少量无机化合物的用于张力绝缘膜的涂渍溶液的稀释液,并用常规方式形成主要由磷酸盐和硅胶组成的张力绝缘膜,而省去了随后的退火处理。
相反,在例子①-F的情况下,只采用用于张力绝缘膜的涂渍溶液的稀释溶液作为底膜的处理溶液,其未加入少量含Fe、Si、Al、B的无机化合物,通过化学抛光法的抛光处理可以观测到改善铁心损耗的作用,但是粘着性很差,在进行弯曲试验时很快发生剥离,因而它不能用于硅钢板。
另外,在①-G例子的情况下,不进行化学抛光,随后也不形成极薄的底膜,只用细分磁畴的方法来改进铁心损耗,所以与本发明的铁心损耗相比,硅钢板的铁心损耗水平相当差。
图3示出本发明的晶粒取向硅钢板的膜结构(图3(c))以及相比较的常规晶粒取向硅钢板的膜结构(图3(a),(b))。
图3(a)是这样的情况,即如JP-A-5-31135所述,在最后退火之后,在晶粒取向硅钢板表面上仅形成主要由磷酸盐和硅胶组成的张力绝缘膜。在这种情况下,硅钢板和张力绝缘膜之间的粘着性变成很大的问题,所以它很难用作实用制品。
另外,图3(b)是这样的情况,即在用CVD或PVD抛光的晶粒取向硅钢板表面上形成极薄的TiN、CrN等的陶瓷膜,随后于该膜上形成张力绝缘膜,如JP-B-63-3568所述。如前所述,这对降低铁心损耗很有效,但需要在高真空中进行等离子体处理,这造成成本提高。
相反,在图3(c)的本发明例子中,在晶粒取向硅钢板和张力绝缘膜之间的界面上形成其中均匀分散少量Fe、Si、Al和B的氮化物-氧化物的极薄底膜,因而显著改进了对硅钢板的粘着性,并可以认为,张力绝缘膜可以有效地施加张力。
即,按照本发明,Fe、Si、Al和B的氮化物-氧化物均匀分散在极薄的底膜中,从而牢固地使底膜粘着在硅钢的基体上,同时,因为底膜的主成分与形成在该底膜上的张力绝缘膜的成分相同,所以在底膜和上部张力绝缘膜之间的粘着性是很好的,所以在中间插入底膜可以充分地发挥上部张力绝缘膜的张力施加功能,从而可以进一步改善铁心损耗。
因此可以认为,极薄的底膜有助于对硅钢板基体的粘着性以及对张力绝缘膜的粘着性,该底膜在硅钢板的基板和张力绝缘膜之间起接合的作用。
作为极薄的底膜,重要的是这种膜包含呈氮化物-氧化物形式的Fe、Si、Al和B。为此目的,重要的是应用稀释溶液作为处理溶液,以形成包含Fe、Si、Al、B作为氮化物-氧化物原料的无机化合物,重要的是还有,在满足所要求膜厚度的同时应使膜的厚度层可能薄,该稀释溶液是通过用水稀释张力绝缘膜的涂渍溶液制备的。
在用上述方式稀释张力绝缘膜的涂层液时,利用随后的热处理可以容易地使稀释溶液中的Fe、Si、Al和B的无机化合物转变成氮化物-氧化物,这一特征示于表3。
表3示出在形成张力绝缘膜之前如由X射线光电子能谱显微装置(XPS能谱法)测定的在硅钢板表面上的Fe、Si、N、O的分析值。如此表所示,在本发明的例子观察到大量Fe、N、O,特别是观测到大量O,尽管已在非氧化气氛中进行处理,这表示Fe易于与氧接合。另外,Fe稍为增加,可以认为其原因是在底膜中包含硅胶。
表3
条件 | 处理方法(溶液主要由磷酸盐和硅胶组成) | XPS能谱法测量值(计数/秒) | 注解 | |||
Fe | Si | N | O | |||
①-A | SiCl4:50cc | 1600 | 7000 | 800 | 1500 | 本发明例子 |
①-B | SiCl4:25cc,FeCl3:25g | 3900 | 6500 | 760 | 1550 | 本发明例子 |
①-E | 不添加含Si、Fe、Al、B的无机化合物 | 1300 | 5500 | 300 | 890 | 比较例 |
可利用SiCl4在钢板表面上形成其中分散有Si的氮化物-氧化物的极薄底膜作为Fe、Si、Al、B等的无机化合物,图4示出在此种情况下由XPS能谱法测量的在氮化物-氧化物中的氧化物组分所得的结果。
从此图可以看出,用此法形成的氧化物主要由FeSiO3(斜铁辉石)和FeSiO4(铁橄榄石)组成(另外,严格讲,FeSiO3的量大于FeSiO4的量)。
在此种情况下,上述氧化物被认为是由下式反应形成的。
另外,上述氧化物是很密实的,其不同于常规的SiO2次生氧化层,这种密实氧化物与细的氮化物同时产生,所以与常规法比较可以显著改进粘着性。
例4
将成分(百分重量)为C:0.073%、Si:3.38%、Mn:0.070%、Se:0.020%、Sb:0.025%、Al:0.020%、N:0.0078%、Mo:0.012%、余量基本为铁的硅钢连续板坯在1340℃温度下加热5小时,接着进行热轧,得到厚2.0mm的热轧板。然后使热轧板在100℃温度下进行3分钟的标准化退火,再轧制两次,其间在1050℃进行中间退火,由此得到厚0.23mm的最后冷轧板。
随后按以下方式处理最后冷轧板。
将主要由醇酸对脂构成的耐蚀刻油墨用照相凹板印刷法施加在最后冷轧板的表面上,留下未涂覆的部分,该部分宽200μm,在大体垂直于轧制方向的方向上,其间距为4mm,随后在200℃焙烤3分钟。在这种情况下,抗蚀刻油墨厚度2μm。将涂覆有防蚀刻油墨的钢板进行电解蚀刻,形成直线形凹槽,该槽宽200μm,深20μm,然后将其浸入有机溶剂中,将防蚀刻油覆溶去。在这种情况下用NaCl电解液进行电解蚀刻,条件为电流密度10A/dm2、处理时间20秒。
随后将钢板放在840℃的湿H2气中进行脱碳和一次再结晶退火处理,并将成分为CaO(20%)、Al2O3(60%)和SiO2(20%)的退火脱模剂的浆液涂在钢板表面上,并在850℃的温度下退火15小时,然后将温度以10℃/小时的速度从850℃升到1150℃,以产生牢固排列在Goss方向上的二次再结晶晶粒,随后在1220℃的干H2中进行精炼退火。
从这样得到的制品上除去表面膜,然后用化学抛光法抛光硅钢板表面,接着以下述一个步骤进行处理。
(A)步骤将硅钢板浸入80℃的SiCl4水溶液中,浸入1-90秒,该SiCl4溶液是20厘米3SiCl4溶解在1500厘米3蒸馏水中而形成的,然后再将硅钢板浸入80℃的处理溶液中、浸入1-60s,该处理溶液是将30厘米3SiCl4溶液、20gAlPO4和20gH3PO3同时加入一种稀释液而形成的,而该稀释液是用1500厘米3蒸馏水稀释250厘米3主要由磷酸盐和硅胶构成的张力绝缘膜的涂渍溶液而形成的,然后对硅钢板进行水洗和干燥。
(B)步骤将硅钢板浸入80℃的SiCl4水溶液中1-90秒,该SiCl4溶液是用1500厘米3蒸馏水溶解30厘米3SiCl4而形成的,然后再将硅钢板浸入80℃的处理溶液中,浸入1-60秒,该处理溶液是将30厘米3SiCl4溶液、20gAlPO4和20gH3PO3同时加入一种稀释溶液而形成的,而该稀释溶液是用2000厘米3蒸馏水稀释250厘米3主要由磷酸盐和硅胶组成的张力绝缘膜的涂渍溶液而形成的,随后将硅钢板进行水洗和干燥。
(C)步骤将硅钢板浸在80℃的SiCl4水溶液中,浸入1-90秒,将SiCl4水溶液是将20厘米3SiCl4、10gFeCl3溶解在1500厘米3蒸馏水中而形成的,然后再浸入到80℃处理溶液中、浸入1-90秒,该处理溶液这样配制:用1500厘米3蒸馏水稀释250厘米3主要由磷酸盐和硅胶组成的张力绝缘膜的涂渍溶液,然后再于此种稀释溶液中同时加入20厘米3SiCl4溶液、15gFeCl3、10gAlPO4和10gH3PO3,之后对硅钢板进行水洗并干燥。
将分别经步骤(A)-(C)处理的硅钢板放在950℃的N2(50%)+H2(50%)的混合气体中处理10分钟。
然后在得到的钢板表面上涂上主要由磷酸盐和硅胶构成的张力绝缘膜的涂渍溶液,并进行干燥和在800℃的N2气中焙烧,以形成厚度为2.0μm的张力绝缘膜。
在涂加张力绝缘膜的涂渍溶液之间考察了各个制品的铁心损耗特性W17/50(W/kg)和板厚减小量(两个表面上)之间的关系,结果示于图5。
从此图可以看出,在所有的处理步骤(A)、(B)、(C)中,当钢板厚度的减小量在0.01-3.0μm的范围内时,减小硅钢板铁心损耗W17/50(W/kg)的作用是很显著的。
其原因考虑如下。
即,在形成底膜之前将硅钢板浸入SiCl4或主要由SiCl4构成的氯化物的水溶液中可促使钢板发生表面反应、在相当程度上溶去钢板表面上的成分Fe,由此增加了钢板表面的活性,因而增加了其粘着性。因此,在底膜中的Fe、Si、Al、B等的氮化物-氧化物牢固地粘着在钢板的活性表面上,这种氮化物-氧化物起着锚形物的作用,所以可以改进硅钢板和底膜的粘着性,同时还可以通过形成在该底膜上的张力绝缘膜改进张力作用效果,由此可以获得超低的铁心损耗。
可以认为,在上述硅钢板和底膜之间的界面状态产生了一种现象,这种现象类似于用电子显微镜观测时在上面条目(2)的镀TiN硅钢板的界面上观察到约10nm的横截条。
在本发明中在理论上不可能产生近似于在PVD真空条件下由等离子体处理形成的TiN的薄界面层,但应注意到,通过经济地激活钢板表面,不用这种真空等离子体处理也能得到超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板。
另外,在上述硅钢板上用氯化物溶液减小板厚度0.01-3.0μm相当于减小重量0.0005-0.15g。
即,用等离子体在真空中处理的情况下,通过产生了类似于在上述条目(2)的镀TiN硅钢板的界面上用电子显微镜观测的约10nm的横截条的现象,所以可以产生相当理想的混合层,但是在本发明中,却未采用真空而是通过在硅钢板上减小0.0005-0.15g重量来激活钢板表面,因此Fe、Si、Al、B等元素的很细的氮化物-氧化物优选地形成在界面层内,由此可得到超低的铁心损耗。
例5
将成分(百分含量)为C:0.069%、Si:3.42%、Mn:0.075%、Se:0.020%、Sb:0.025%、Al:0.020%、N:0.0073%、Mo:0.012%和余量基本为Fe的硅钢连铸板坯在1360℃加热5小时,然后热轧,作成厚2.0mm的热轧板,将该热轧板在1020℃下标准化退火3分钟,再轧制两次,其间经过1050℃的中间退火处理,由此得到厚0.23mm的冷轧板。
然后将此最后的冷轧板进行如下处理。
采用照相凹板印刷法在最后冷轧板表面上涂覆主要由醇酸树脂组成的耐蚀刻油墨,由此留下直线未涂覆部分,该部分的宽度为200μm,在大体垂直于轧制方向的方向上其间距为4mm,随后在200℃焙烧3分钟。这种情况下抗蚀刻剂厚度为2μm。用电解蚀刻法来蚀刻涂覆有抗蚀刻油墨的钢板,从而形成直线槽,该槽宽200μm、深20μm,然后将钢板浸在有机溶剂中,除去抗蚀刻剂。在此情况下,在NaCl电解液中进行电解蚀刻,蚀刻条件是电流密度10A/dm2,处理时间20秒。
随后,将钢板放在840℃的湿H2气中进行脱碳和一次再结晶退火处理,接着将组成为CaO(20%)、Al2O3(50%)和SiO2(30%)的退火脱模剂的浆液涂在钢板表面上,并在850℃的温度下退火15小时,随后将温度以12℃/小时的温升速度从850℃升到1150℃,从而产生排列在Goss方向的二次再结晶晶粒,最后,放在1200℃的干燥H2气中进行精炼退火。
采用下述一个步骤来处理所得到的其上没有镁橄榄石膜的硅钢板表面。
(A)步骤将硅钢板浸在SiCl4的水溶液(80℃)中1分钟,由此除去其表面上的氧化物,该SiCl4水溶液是用1500厘米3蒸馏水稀释30厘米3SiCl4而形成的。
(B)步骤将硅钢板浸在SiCl4的水溶液(80℃)中1分钟,由此除去其表面上的氧化物,该SiCl4水溶液是用1500厘米3蒸馏水稀释20厘米3SiCl4和20厘米3HCl而形成的。
(C)步骤将硅钢板浸在HCl水溶液(80℃)中1分钟,由此除去其表面上的氧化物,该HCl水溶液是用1500厘米3蒸馏水稀释50厘米3HCl而形成的。
(D)步骤将硅钢板放入HCl水溶液(80℃)中0.5分钟,由此除去其表面上的氧化物,该HCl水溶液是50厘米3HCl和1500厘米3蒸馏水混合而成的,然后再于3%的HF和97%的H2O2混合溶液中进行化学抛光。
(E)步骤在用(D)步骤处理后执行和步骤A相同的处理方法,或者将钢板浸在SiCl4的水溶液(80℃)中20秒,该SiCl4溶液是30厘米3SiCl4和1500厘米3蒸馏水混合而成的。
然后将分别经过(A)-(E)步骤处理过的硅钢板放在H2(50%)+N2(50%)混合气体中在950℃处理10分钟,接着浸在80℃的处理溶液中、浸入20分钟,该处理溶液这样制备:用1500厘米3蒸馏水稀释主要由磷酸盐和硅胶组成的用以涂在硅钢板表面上的张力绝缘膜的涂渍溶液,然后在该稀释的涂渍溶液中同时加入25厘米3SiCl4溶液、15gFeCl3、10gAlPO4、10gH3PO3,随后对钢板进行水洗并干燥。
然后将钢板放在N2(93%)+H2(7%)混合气体中,在900℃热处理钢板10分钟。
另外,作为(A’)步骤,是在用(A)步骤处理之后,便暴露在N气氛中20秒,由此在钢板表面上形成极薄的底膜,而没有经过在混合气氛H2(50%)+N2(50%)中进行短时热处理,随后便在N2(93%)+N2(7%)的混合气体中进行上述相同的处理。
然后将主要由磷酸盐和硅胶组成的张力绝缘膜涂液涂在钢板表面上,干燥,接着在800℃的N2气中焙烧,由此形成厚2.0μm的张力绝缘膜。
最后测量所得制品的铁心损耗特性W17/50(W/kg)和粘着性,结果示于表4。
表4
步骤 | 处理方法 | 磁特性 | 粘着性(弯曲180°没有发生剥离的直径) | |
B8(T) | W17/50(W/kg) | |||
(A)本发明例子 | 浸在含SiCl430厘米3的水溶液中1分钟 | 1.91 | 0.63 | 20mmφ |
(A’)本发明例子 | 在步骤(A)之后,在含N的非氧化气氛中进行暴露处理 | 1.91 | 0.61 | 20mmφ |
(B)比较例 | 浸在含(20厘米3)SiCl4和(20厘米3)HCl的水溶液中1分钟 | 1.90 | 0.65 | 25mmφ |
(C)比较例 | 浸在含(50厘米3)HCl的水溶液中1分钟 | 1.91 | 0.78 | ×(剥离) |
(D)比较例 | 浸在含(50厘米3)HCl的水溶液中0.5分钟,然后在3%HF和97%H2O2的混合溶液中进行化学抛光 | 1.91 | 0.70 | ×(剥离) |
(E)本发明 | 浸在含(50厘米3)HCl的水溶液中0.5分钟,然后, | 1.91 | 0.56 | 20mmφ |
例子 | 在3%HF和97H2O2的混合溶液中进行化学抛光,最后浸入含(30厘米3)SiCl4的水溶液中20秒 |
从表4可以看出,在用本发明的步骤(A)、(A’)、(B)和(E)处理的硅钢板中,可以获得0.56-0.65W/kg的超低铁心损耗W17/50(W/kg),而且粘着性也很好。
即应当注意到,将没有镁橄榄石膜的晶粒取向硅钢板浸入到含SiCl4的水溶液中,然后再进行酸洗处理,采用这种方法可以制造出具有超低铁心损耗和极好粘着性的晶粒取向硅钢板。另外,还应注意到,采用如步骤(E)中的酸洗处理和化学抛光处理可以得到特别好的结果,但是即使采用不进行化学抛光处理的步骤(A)、(A’),也可以获得W17/50(W/kg)为0.63W/kg和0.61W/kg的超低铁心损耗。
此前已采用通过抛光硅钢板表面来降低硅钢板磁带损耗的方法,抛光采用化学抛光、电解抛光等。
然而化学抛光和电解抛光法具有一个很大的缺点,即生产率低,而抛光成本增加很多。
在本发明中应当注意到,只需将不具有镁橄榄石底膜的晶粒取向硅钢板表面放入含SiCl4的水溶液中进行浸入、酰洗处理便可以经济地获得具有超低铁心损耗和极好附着特性的晶粒取向硅钢板。
图6示出采用如SIMS(二次离子质谱法)测量的在钢板部分表面上的N浓度结果,图中比较了两种钢板,一种是按照步骤(A’),在最后退火后浸入80℃的SiCl4溶液,然后暴露在N气氛中;另一种是按照步骤D,在3%HF和97%H2O2的混合溶液中进行了化学抛光。
如此图所示,当钢板浸入SiCl4溶液、然后暴露于N气氛中时,与化学抛光材料相比,在钢板表面上形成一层高N富集层。
如根据实验1-5所述,按照本发明,在硅钢的基体表面和张力绝缘膜之间的界面上形成一层界面层、例如Fe、Si、Al和B中的一种或多种元素的氮化物-氧化物层,或形成一层极薄的底膜,该底膜通过使Fe、Si、Al和B中的一种或多种元素的氮化物-氧化物均匀分散到与张力绝缘膜组分相同的膜组分中而形成,或者在形成这种界面层之前,用主要由SiCl4组成的氯化物水溶液溶解基体表面,或采用含SiCl4的水溶液进行抛光处理或酸洗处理,采用这些方法可以显著改进膜对基体表面的粘着性,因此与常规方式相比,超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板具有极好的铁心损耗特性,并且可以以很低成本和高生产率取得极好的磁致伸缩特性。
按照本发明,作为含硅钢的原料,可以采用任何常规的已知组分,以下说明一般的组成(百分重量)。
C: 0.01-0.08%
当C量小于0.01%时,不能充分控制热轧的晶体结构,形成长得很大的晶粒,从而降低了磁特性,而当其超过0.08%时,脱碳步骤所需时间不经济地加长,所以最好在约0.01-0.08%之间。
Si:2.0-4.0%
当Si量低于2.0%时,不能获得足够大的电阻,因涡流损耗增加而引起铁心损耗增大,而当其超过4.0%时,在冷轧时容易发生破裂,所以最好处在约2.0-4.0%的范围内。
Mn:0.01-0.2%
Mn是构成分散沉淀相MnS或MnSe的重要元素,它决定晶粒取向硅钢板的二次再结晶。当Mn量小于0.01%时,引起二次再结晶所需的MnS等的绝对量不足,因而造成不完全的二次再结晶,同时称作气泡的表面缺陷增加。而当其超过0.2%,即使在板坯的加热等处理中发生分解和固熔,在热轧中沉淀的分散沉淀相也容易被粗糙化,作为抑制剂所需的最优尺寸分布将受到损害,从而降低磁特性。因此Mn最好在约0.01-0.2%的范围内。
S:0.008-0.1%;Se:0.003-0.1%
Se和S最好均不大于0.1%,S最好在0.008-0.1%的范围内,而Se最好在0.003-0.1%的范围内。当它们超过0.1%时,热加工性和冷加工性均降低,而当它们低于下限时,则控制作为MnS和MnSe的一次晶粒生长的作用不明显。
另外,即使在同时加入一般称为抑制剂的Al、Sb、Cu、Sn、B等时也不妨碍本发明的作用。
下面说明本发明的超低铁心损耗晶粒取向硅钢板的制造步骤。
为熔化原料可以采用氧气顶吹转炉、电炉、平炉和其它已知的炼钢炉,但也可以同时应用真空熔炼或RH脱气处理。
按照本发明,可以采用任何已知方法将包含在原材料中的S、Se或其它一次晶粒生长控制剂少量地加入到熔融钢水中。例如可以加入到氧气顶吹转炉的熔融钢水中,或在完成RH脱气后或在铸锭过程中加入。
另外,在生产板坯时,为了经济和技术原因例如降低成本,使组分或质量在板坯的纵方向上变成均匀的,最好采用连铸法,但用常规铸锭法也无妨碍。
将连铸板坯加热到不低于1300℃的温度,以便离解和固熔板坯中的抑制剂。然后粗热轧板坯,热精轧板坯,以得到通常厚度约1.3~3.3mm的热轧板。
然后将热轧板进行再次冷轧,其间经过中间退火处理,处理温度在850-1100℃的范围内,如果需要轧到最后的钢板厚度。在这种情况下需要注意最后的冷轧比(通常为55-90%),以便得到高磁通密度和低铁心损耗的制品。
从应当尽可能降低硅钢板涡流损耗的观点出发,制品厚度的上限为0.5mm,而钢板厚度的下限为0.05mm,以避免磁滞损耗增大。
特别是尚在钢板表面上形成直线凹槽时,最好是在进行最后冷轧后在具有制品厚度的钢板上成型。
即,在最后冷轧板的表面或在二次重结晶之前和之后的钢板表面上形成宽50-500μm深0.1-50μm的直线凹槽区域,该区域在垂直于轧制方向的方向上其间距约为2-10mm。
将直线凹槽区域之间的间距限制在2-10mm的原因是,当其小于2mm时,钢板的不平度变变得相当明显,磁通密度不经济地下降,而当其超过10mm时,细分磁畴的作用变小。
当凹槽区域的宽度小于50μm时,便很难利用反磁场效应,而当其超过500μm时,磁通密度便经济地下降,所以所述凹槽区域的宽度限制在50-500μm的范围内。
当凹槽区域的深度小于0.1μm时便不能有效地利用反磁场效应,而当其超过50μm时,磁通密度便不经济地下降,所以凹槽区域的深度限制在0.1-50μm的范围内。
另外,直线凹槽区域的形成方向最好垂直于轧制方向,或者沿板的宽度方向。然而在与宽度方向成30°的范围内还可以得到大体相同的效应。
作为形成直线形凹槽区域的方法,将抗蚀刻剂用印刷法涂覆在最后冷轧板的表面上,再进行焙烤、蚀刻处理,然后再除去抗蚀刻剂,这种方法与常规的用刀具、激光等的方法相比是很有利的,因为这种方法在工业上可以稳定的进行,而且可以利用张力更有效地减小铁心损耗。
下面将具体说明用上述蚀刻法形成直线凹槽的方法的典型例子。
利用照相凹板印刷法将主要由醇酸树脂构成的防蚀刻油墨涂覆在最后冷轧板的表面上,使得留下未涂覆的部分,该部分宽200μm,在大体垂直于轧制方向的方向上其间隔为4mm,接着在200℃烘烤约20秒。在这种情况下,油墨抗蚀刻厚度为2μm。将涂覆有防蚀刻剂的钢板进行电解刻蚀或化学刻蚀,形成宽200μm深20μm的直线凹槽,然后将其浸在有机溶剂中,以除去防蚀刻剂。这种情况下,电解蚀刻条件最好为:在NaCl电解液中进行蚀刻,电流密度10A/dm2,处理时间约20秒,化学蚀刻条件是:浸在HNO3溶液中约10秒。
随后,使钢板经受脱碳退火。这种退火是使冷轧结构变成一次再结晶结构,同时,当进行最后退火(可以称作为最后退火)使{110}<001>方向的二次再结晶晶粒长大时可以除去有害的C,这种脱碳退火例如可以在750-880℃的湿H2中进行。
最后退火可以充分地增加{110}<001>方向的二次再结晶晶粒,通常直接在退火箱中用1000℃以上的高温并保持在这一温度下进行退火。一般在进行最后退火时涂上退火脱模剂例如氧化镁等,其中在表面上同时形成称作镁橄榄石的底膜。
然而在本发明中,即使形成了镁橄榄石底膜,也可以在随后的步骤中除去这种底膜,所以最后应用不形成镁橄榄石底膜的退火脱模剂。即最好应用这样的退火脱模剂,在这种脱模剂中减少形成镁橄榄石底膜的MgO量(不大于50%),同时增加不形成这种膜的CaO、Al2O3、CaSiO3、SiO2、PbCl3等的量(不小于50%)。
在本发明中最好在820-900℃的低温下进行保持温度的退火,以便增加稳固排列在{110}<001>方向上的二次再结晶的晶体结构,但是也可以在例如以0.5-15℃/小时的温升速度上升的温度下进行慢加热退火。
在进行这种精炼退火之后,可利用化学方法例如周知的酸洗法等、机械方法例如切割、抛光等或这些方法的联合方法来除去钢板表面上的镁橄榄石底膜或氧化膜,由此可以进行钢板表面的抛光。
即,在从钢板表面上除去各种膜之后,可以利用常规方法抛光钢表面,抛光到中心线平均粗糙度Ra不超过约0.4μm,这些常规方法为化学抛光法例如化学抛光法、电解抛光法等、机械抛光法例如磨光法等,或这些方法的组合方法。
在本发明中,不一定要求抛光硅钢板表面。在这种情况下的优点是,只用酸洗处理而不用成本高的抛光处理便可以充分降低铁心损耗。然而抛光处理是有利的这一结论仍然不变。
可以在此阶段的钢板表面上形成凹槽。形成凹槽的方法与在最后冷轧板表面上或二次再结晶之前或之后的钢板表面上形成凹槽的方法相同。
按照本发明,在经过上述处理的钢板基体表面上形成一层由Fe、Si、Al和B中的一种或多种元素的氮化物-氧化物构成的界面层,然后再形成张力绝缘膜。
在这种情况下最好是采用极薄的含Si氮化物-氧化物层作为上述氮化物-氧化物层。
形成极薄的含硅氮化物-氧化物层的最好方法是这样的方法:将含硅化合物的溶液例如含SiCl4的稀释水溶液涂在钢板表面上,以便吸附少量处于活性状态的硅,然后于非氧化气氛中热处理一段短时间。
按照此种方法,可以很经济地在短时间内得到所要求的膜,因为不象在真空中的强等离子体气氛中进行处理那样需要进行高成本的长时间处理。
作为用于形成上述氮化物-氧化物层的短时热处理气氛,最好是采用可以促使氮化反应的含N的非氧化气氛,N2+H2混合气体是特别实用的。
另外,处理温度在约80-1200℃比较好(最好在约500-1100℃之间),处理时间在1-100分钟比较好(最好在3-30分钟)。
另一种较好方法是将钢板浸在含Si化合物的溶液中,使得吸附少量活性Si于表面上,然后,暴露在含N的非氧化气氛中。
因为这种浸入处理通常在约90℃的浴温下进行,因此,即使在浸入后暴露在含N的非氧化气氛中时,也能在钢板表面上形成极薄的含硅的氮化物-氧化物层。
在含Si氮化物-氧化物层中的氧化物成分主要为FeSiO3和FeSiO4,如图4所示,这些氧化物是很密集的,不同于常规的次生氧化层SiO2,这些密集氧化物与细的碳化物同时产生,与常规方式相比,这显著改进了粘着性。
在本发明中不一定总是需要上述的短时热处理和在含N非氧化气氛中的暴露处理。
因为即使不进行短时热处理,利用随后形成绝缘膜的热处理也能够在钢板表面上优先地形成含Si的氮化物-氧化物层。
含Si的氮化物-氧化物层最好厚约0.001-0.1μm。当膜厚度低于0.001μm时,不能获得充分的粘着性,因而不能得到降低铁心损耗的效果,而当其超过0.1μm时,Si量太大,很难于满意地形成Si的氮化物-氧化物层,这样既不能改进磁特性又不能改进对膜的粘着性。
为获得上述膜厚度,涂在钢板表面上的含Si化合物溶液量取决于该溶液浓度,但最好约为0.001-2.0g/m2,最好在0.01-1.0g/m2的范围内。
作为涂覆方法,可以应用任何周知的方法,例如将钢板本身浸入溶液中的浸入法、电解处理法等,另外还可用滚子涂敷器等进行涂覆。处理温度可以是室温,但是最好在约50-100℃的热溶液中处理,以便更有效地进行粘着。
作为Si的化合物,可以采用在活性状态下使硅粘附的所有化合物,但最优化合物是SiCl4。
在本发明中,要求将活性状态的硅粘着在钢板表面上,所以不能用先前已去活性的氧化物或氮化物作为所用的硅化合物。
在其它实施例中,用PVD或CVD薄薄地形成Si(Si量约为0.001-0.2g/m2)以后,只需在非氧化气氛中进行短时热处理便足够了。
虽然增大成本不可避免,但膜的厚度极薄,所以与常规膜相比,厚度减小也可以降低成本。
作为PVD法,除上述磁控管溅射法以外,最好采用蒸气沉积法、离子镀膜法等。在这种情况下,Si膜可以为晶体或非晶体的。换言之,足以处在能够键合N或O的活性状态。
随后,用常规方式将主要由磷酸盐和硅胶组成的张力绝缘膜的溶液涂在钢板表面上,并在500-1000℃的温度下焙烤,以形成张力绝缘膜(膜厚度为0.5-5μm)。
作为主要由磷酸盐和硅胶构成的张力绝缘膜溶液,最好采用如JP-B-53-28375中公开的包含(重量百分数)硅胶4-16%、磷酸铝3-24%、铬酐和/或铬酸盐0.2-4.5%的涂渍溶液以及如JP-B-53-52117中公开的包括硅胶7-24%、磷酸镁5-30%(只要磷酸镁和硅胶的摩尔比为20/80-30/70),以及如果需要还可加上铬酐、铬酸盐和/或重铬酸盐的涂渍溶液。
下面说明在硅钢板基体表面上形成张力绝缘膜之前采用均匀分散法形成作为界面层的极薄底膜的情况,形成方法是将Fe、Si、Al和B中一种或多种元素的氮化物-氧化物均匀分散到其组成与张力绝缘膜组成相同的膜成分中。
在形成这种极薄底膜时,首先用水稀释主要由磷酸盐和硅胶组成的张力绝缘膜的涂渍溶液,然后向稀释的涂渍溶液中加入少量包含Fe、Si、Al、B中一种或多种元素的无机化合物,从而形成处理溶液。
在涂敷钢板表面时,将上述处理溶液直接涂敷在硅钢板的表面上,但是可以在将具有Fe、Si、Al、B等的无机化合物的水溶液预先涂在钢板表面上之后涂上处理溶液。
在此情况下,最好采用如上所述的JP-B-53-28375和JP-B-56-52117中公开的涂渍溶液作为主要由磷酸盐和硅胶构成的用于张力绝缘膜的涂渍溶液。
另外,涂渍溶液稀释到约0.1-60%的稀释度比较好,最好为稀释到1-20%(例如用1500厘米3水稀释10-1000厘米3涂渍溶液的稀释量)。
在本发明中必须将包括试验性处理溶液中的Fe、Si、Al、B的等的无机化合物变成氮化物-氧化物,以便形成牢固粘着在基体上的底膜,但是如果试验性处理溶液的浓度太浓,则难于在处理气氛(最好为N2(50%)+H2(50%)的混合气氛)中将无机化合物完全转变成氮化物-氧化物,为有效地促使氮化和氧化,用适量水稀释是有效的。
另外,作为无机化合物的量,在稀释溶液中加入包含Fe、Si、Al和B中一种或多种元素的无机化合物的量最好约为5-500g(约0.001-0.5mol/l)。
因为当无机化合物的量太小时,不能得到要求的效果,而当其太大时,便不能获得经济上的优点,而且膜的特性变劣。
在各种无机化合物中,最好用FeCl3、Fe(NO3)3等作为含Fe的无机化合物,用SiCl4、Na2SiO3、SiO2等作为含Si的无机化合物,用AlCl3、Al(NO3)3、AlPO4等作为含Al的无机化合物,而用H3BO3、Na2B4O7等作为含硼的无机化合物。
通过如上所述的在钢板表面上涂上处理溶液,然后进行干燥,而使少量Fe、Si、Al、B等的无机化合物粘着在基体表面上,然后最好在非氧化气氛中进行短时热处理,该处理溶液是通过将Fe、Si、Al、B等的少量无机化合物加入到用于张力绝缘膜的涂渍溶液的稀释液中而形成的,由此可以在钢板表面上形成极薄的在张力绝缘膜组分中均匀分散着Fe、Si、Al、B等的氮化物-氧化物的底膜。
另外,本发明不一定要求上述短时的热处理。因为即使没有进行短时热处理,通过随后为形成张力绝缘膜所进行的热处理也能使上述均匀分散有Fe、Al、Si、B等的氮化物-氧化物的极薄底膜优先形成在钢板表面上。
作为涂层方法,可以应用任何周知的方法,例如将钢板本身浸在溶液中的浸入法、直接将处理溶液喷洒或喷射在钢板表面上的方法、电解处理方法等,另外还可以应用通常的滚子涂敷器等进行涂层。处理温度可以为室温,但为了进行更有效的粘着,最好在约5O-100℃的热溶液中进行处理。另外在利用浸入法时,浸入时间最好约为1-100秒。
为了在水洗和干燥之后在钢板表面形成Fe、Al、Si、B等的很细的氮化物、氧化物,钢板最好在非氧化物气氛中进行短时热处理。
作为处理气氛,为促进氮化反应,含N的非氧化气氛是有利的,特别是(N2+H2)混合气氛以及含氨的(NH3+H2)混合气氛是最好的。
另外,处理温度约在200-1200℃比较好(最好约为500-1000℃),处理时间约为1-100分钟(最好约3-30分钟)。
因此当存在均匀分散在膜中的Fe、Al、Si、B等的氮化物-氧化物时可以形成牢固粘着在钢板表面上的极薄底膜。
另外,试验性处理溶液的涂覆量最好约为0.001-0.5g/m2。涂覆上这种量之后进行热处理,最后可得到其厚度最好约为0.001-3.0μm的极薄的底膜。
然后将主要由硅胶和磷酸盐组成的张力绝缘膜的涂渍溶液涂在上述极薄底膜的表面上,并在500-1000℃的温度焙烤,从而形成张力绝缘膜(厚度为0.5-5μm)。
在这种情况下,极薄底膜与其上形成的张力绝缘膜具有相同的材料,所以其间的粘着性是很好的,因而可在钢板表面上形成与常规膜相比具有极好粘着性的张力绝缘膜。由此可以很高的产率和很低的成本制造铁心损耗很低的晶粒取向硅钢板。
作为绝缘膜,有时可应用主要由磷酸盐和铬酸组成的在膜中不包含硅胶的绝缘膜。
另外,为了进一步增强硅钢板的磁倾角作用,最好在硅钢板上首先形成普通的绝缘膜,然后再于该绝缘膜上形成张力绝缘膜。
下面说明在形成极薄底膜之前的预处理,即将硅钢板浸在主要由SiCl4组成的氯化物水溶液中,使得在一定程度上溶解基体表面。
进行上述处理的原因在于,通过如上所述在一定程度上溶解基体表面上的Fe组分使得基体表面的活性增加,因而增强了粘着性。
在这种情况下,基体表面溶解的最优量以钢板厚度的减小量计,处在约0.01-3.0μm的范围内(以重量减小量计约为0.0005-0.15g),如图5所示。
另外,在随后形成底膜时若不用氯化物例如SiCl4等作为加入处理液中的无机化合物,则钢板厚度减小量仅由预处理决定。然而在用氯化物作为无机化合物时,为形成底膜而涂敷处理溶液时可能会稍微将基体溶解。在后一种情况下,钢板厚度减小量被定义为在形成底膜的处理之后的值。
作为氯化物,除最好采用SiCl4、MgCl2、CaCl2、SrCl2、BaCl2等之外,还可以采用很少量的TiCl3、ZrCl4、NbCl5、TaCl5、CrCl3、CoCl3、NiCl2、CuCl2、ZnCl2、TlCl3等。
另外,氯化物的水溶液可以喷洒或喷射在钢板的表面上,而不用将硅钢板浸入到氯化物水溶液中进行浸入处理。
在上述预处理之后,最好将硅钢板表面暴露在含N的非氧化物气氛中,进行所谓的暴露处理。
因为,利用这种暴露处理(被认为形成Si的氮化物-氧化物层)可以在钢板表面上形成富N层,这有利于改进对膜的粘着性。
另外,可以在500℃以上的非氧化气氛中进行退火,用于代替上述暴露处理。
然后利用上述方法形成极薄的膜,该极膜的膜是将Fe、Si、Al、B中一种或多种氮化物-氧化物均匀分散到其膜组分与张力绝缘膜组分相同的膜组分中而形成的,该张力绝缘膜主要由磷酸盐和硅胶组成。
作为上述极薄膜的底料,不一定需要主要由磷酸盐和硅胶组成的张力绝缘膜,而可以应用主要由磷酸盐和铬酸组成的普通绝缘膜。
下面说明在最后退火之后用酸洗处理或再进行抛光处理对硅钢板的表面进行处理的情况下,在含SiCl4的水溶液中进行酸洗处理或抛光处理的情况。
在这种情况下,在水溶液中SiCl4的浓度最好约为0.001-50mol/l。当浓度太浓时,不能获得经济的优点,而当其太稀时,又降低了处理效果。
在使用SiCl4的情况下,如表1的步骤(B)所示,加入HCl、H3PO4、H2SO4、HF等或应用其它氯化物例如少量加入FeCl3、AlCl3等。
另外,作为电解液,SiCl4水溶液是有效的,使得硅钢板可以受到弱的电解处理。另外,还可以直接将水溶液喷洒或喷射在钢板上,而不用浸入或电解处理。
在进行这种预处理之后,最好将硅钢板表面暴露在含N的非氧化气氛中进行所谓暴露处理。
采用这种暴露处理可以在钢板表面形成富N层(由于形成Si的氮化物-氧化物),这特别有利于改进对膜的粘着性。
另外,可以用在500℃以上的非氧化气氛中的退火处理来代替上述暴露处理。
然后采用如上所述方法形成作为底膜的极薄膜,该底膜使Fe、Si、Al、B中一种或多种元素的氮化物-氧化物均匀分散在一种膜组分中,该种膜组分与主要由磷酸盐和硅胶组成的张力绝缘膜组分相同。
作为上述极薄膜的底料,不一定需要主要由磷酸盐和硅胶组成的张力绝缘膜,而可以应用普通的主要由磷酸盐和铬酸组成的绝缘膜。
下面说明实施本发明的最佳模式。
例1
在1350℃温度下加热成分(百分重量)为C:0.078%、Si:3.45%、Mn:0.076%、Se:0.021%、Sb:0.025%、Al:0.024%、N:0.0073%、Mo:0.012%、而余量基本为Fe的硅钢连铸板坯4小时,接着热轧,形成厚2.2mm的热轧板。然后使该热轧板在1000℃进行标准化退火,再进行两次冷轧,其间经过1050℃的中间退火,由此得到厚度为0.23mm的最后冷轧板。
在850℃的湿H2中进行脱碳和一次再结晶退火之后,在钢板表面上涂上成分为MgO(20%)、Al2O3(70%)和CaSiO3(10%)的退火脱模剂浆液,并于850℃退火15小时,然后使温度以12℃/小时的速度从850℃上升到1180℃,从而产生稳固排列Goss方向的二次再结晶晶粒,然后在1220℃的干燥H2中进行精炼退火。
用化学抛光法对得到的硅钢板进行抛光处理①,或在除去表面上的氧化物膜以后用10%HCl进行酸洗处理②。
然后将硅钢板浸入80℃的SiCl4水溶液(0.3mol/l)中,浸入10分钟,并放在950℃的混合气体N2(50%)+H2(50%)中处理10分钟。然后在钢板表面上形成主要由硅胶和磷酸盐组成的张力绝缘膜(厚约2μm),并在800℃焙烤。
在如此得到的制品中其磁特性、粘着性和磁致伸缩的压应力特性如下:
(1)在抛光处理的情况下
磁特性:B8:1.95T;W17/50:0.68W/kg
粘着性:优良,在20mm直径的圆杆上弯曲180°时无剥离;
磁致伸缩:在压应力σ=0.4kg/mm2下磁应变λPP=0.8×10-6;而在压应力σ=0.6kg/mm2下,磁应变λPP=1.1×10-6
(2)在酸洗处理的情况下
磁特性:B8:1.94T;W17/50:0.70W/kg
粘着性:优良,在直径20mm的圆杆上弯曲180°时无剥离;
磁致伸缩:在压应力σ=0.4kg/mm2时磁应变λPP=0.7×10-6;而压力σ=0.6kg/mm2时磁应变λPP=1.2×10-6
为进行比较,在850℃湿H2中进行脱碳和一次再结晶退火处理后,在钢板表面上涂敷主要由MgO构成的退火脱模剂浆液,并在850℃退火15小时,然后使温度以10℃/小时的速度从850℃升到1180℃,以便增加稳固排列在Goss方向的二次再结晶晶粒,然后在1200℃的干燥H2气中进行精炼退火。随后在镁橄榄石底膜上形成主要由硅胶和磷酸盐构成的张力绝缘膜(约2μm厚),接着于800℃焙烤。然后测量所得晶粒取向硅钢板的磁特性、粘着性和磁致伸缩的压应力特性,其结果如下:
磁特性:B8:1.95T;W17/50:0.80W/kg
粘着性:在直径20mm的圆杆上弯曲180°时不发生剥离;
磁致伸缩:在压应力σ=0.4kg/mm2时磁应变λPP=1.6×10-6,而压应力σ=0.6kg/mm2时磁应变λPP=5.3×10-6
例2
在1340℃温度下加热成分(百分重量)为C:0.066%、Si:3.49%、Mn:0.072%、Se:0.020%、Sb:0.025%、Al:0.022%、N:0.0068%、Mo:0.012%以及余量基本为Fe的硅钢连铸板坯5小时,接着热轧。轧成厚2.0mm的热轧钢板。使该热轧钢板在950℃进行标准化退火,再冷轧两次,其间经过1050℃的中间退火,由此获得厚为0.23mm的最后冷轧钢板。
然后用照相凹板印刷法将主要由醇酸树脂组成的抗蚀刻油墨涂覆在该最后冷轧钢板上,留下直线未涂覆部分,该部分宽200μm,在大体垂直于轧制方向的方向上其间距为4mm,然后在200℃烘烤2秒。在这种情况下,油墨抗蚀剂厚度为2μm。接着将涂覆有防蚀刻油墨的钢板进行电解蚀刻,形成宽200μm深20μm的直线凹槽,然后浸在有机溶液中溶去防蚀刻剂。在这种情况下,在NaCl电解液中进行电解蚀刻,蚀刻条件是,电流密度10A/dm2,处理时间20秒。
在840℃的湿H2中进行脱碳和一次再结晶退火之后,将成分为MgO(25%)、Al2O3(70%)和CaSiO3(5%)的退火脱酯剂浆液涂在钢板表面上,接着在850℃退火15小时,然后使温度以10℃/小时的速度从850℃升到1150℃,以增加稳固排列在Goss方向的二次再结晶晶粒,接着在1200℃的干燥H2中进行精炼退火。
在除去硅钢板表面上的氧化膜之后用化学抛光法抛光所得晶粒取向硅钢板的表面。
然后将硅钢板浸在(80℃的)SiCl4水溶液(0.3mol/l)中,浸入10秒,接着放在900℃的混合气体N2(50%)+H2(50%)中处理10分钟。随后在硅钢板的表面形成主要由硅胶和磷酸盐组成的张力绝缘膜,并在800℃进行烘烤。
所得制品的磁特性和粘着性如下:
磁特性:B8:1.91T;W17/50:0.59W/kg
粘着性:优良,在直径20mm的圆杆上弯曲180°时不产生剥离。
另外,不采用化学抛光而在酸洗钢板的表面上形成极薄的含Si氮化物-氧化物层,然后再于该层上形成磷酸盐的张力绝缘膜,所得制品的磁特性和粘着性如下:
磁特性:B8:1.92T;W17/50:0.64W/kg
粘着性:优良,在直径20mm的圆杆弯曲180°时不发生剥离。
例3
在温度1340℃下加热成分(百分重量)为C:0.44%、Si:3.39%、Mn:0.073%、Se:0.020%、Sb:0.025%、Mo:0.012%以及余量基本为Fe的硅钢连铸板坯3小时,接着热轧,轧成厚2.4mm的热轧板。使该热轧板在900℃进行标准化退火,接着冷轧两次,其间经过950℃的中间退火,由此得到厚0.23mm的最后冷轧板。
然后用照相凹板印刷法将主要由醇酸树脂组成的抗蚀刻油墨涂覆在最后冷轧板上,留下直线未涂覆部分,该部分宽200μm,在大体垂直于轧制方向的方向上其间隔为4mm,接着在200℃烘烤20秒。在这种情况下,油墨抗蚀剂厚为2μm。用电解蚀刻法蚀刻涂覆有防蚀刻油墨的钢板,由此形成宽200μm深20μm的直线槽,然后浸在有机溶剂中,以溶去油墨抗蚀剂。在这种情况下在NaCl电解液进行电解蚀刻,蚀刻条件是电流密度10A/dm2,处理时间20秒。
在840℃的湿H2中进行脱碳和一次再结晶退火之后,将成分为MgO(25%)、Al2O3(70%)和CaSiO3(5%)的退火脱模剂浆液涂敷在钢板表面上,接着在850℃进行恒温退火50小时,以增加稳固排列在Goss方向的二次再结晶晶粒,随后在1200℃的干燥H2中进行精炼退火。
在除去硅钢板表面上的氧化膜以后用化学抛光法抛光所得晶粒取向硅钢片的表面。用磁控控管溅射法形成厚0.05μm的Si,接着在1000℃的混合气体N2(50%)+H2(50%)中处理15分钟。然后在钢板表面上形成主要由硅胶和磷酸盐组成的张力绝缘膜(约2μm厚),然后在800℃烘烤。
所得制品的磁特性和粘着性如下:
磁特性:B8:1.88T;W17/50:0.66W/kg
粘着性:优良,在直径20mm的圆杆上弯曲180°时未发生剥离;
另外,不采用化学抛光法而在酸洗过的钢板表面上形成极薄的含Si氮化物-氧化物层,然后于该层上形成磷酸盐的张力绝缘膜。由此所得制品的磁特性和粘着性如下:
磁特性:B8:1.88T;W17/50:0.68W/kg
粘着性:优良,在直径20mm的圆杆上弯曲180°时未发生剥离;
例4:
在温度1340℃加热成分(百分重量)为C:0.073%、Si:3.38%、Mn:0.078%、Se:0.020%、Sb:0.025%、Al:0.020%、N:0.0077%、Mo:0.012%以及余量基本为Fe的硅钢连铸板坯5小时,接着热轧,轧成厚2.3mm的热轧板。然后在1000℃温度下标准化退火该热轧板,并冷轧两次,其间经1050℃的中间退火,由此得到厚0.23mm的最后冷轧钢板。
在840℃的湿H2中进行脱碳和一次再结晶退火之后,将成分为MgO(20%)、Al2O3(50%)和CaSiO310%和PbCl2(20%)的退火脱模剂浆液涂敷在钢板表面上,并于850℃处理15小时,然后使温度以12℃/小时的速度从850℃升到1180℃,以增加稳固排列在Goss方向的二次再结晶晶粒,接着在1220℃的干燥H2中进行精炼退火。
将由此得到的硅钢板用化学抛光法进行抛光处理(1),或在除去表面上的氧化膜后用10%HCl进行酸洗处理(2)。
然后将钢板浸入(85℃的)SiCl4水溶液(0.2mol/l)中0.5分钟,随后涂上主要由磷酸盐和铬酸组成的绝缘涂渍溶液的处理溶液以及主要由硅胶和磷酸盐组成的张力绝缘涂渍溶液的其它处理溶液,并在800℃烘烤,从而形成双层张力绝缘膜,其总厚度约2.0μm(0.5μm+1.5μm)。
所得制品的磁特性和粘着性如下:
(1)在抛光处理的情况下
磁特性:B8:1.94T;W17/50:0.71W/kg
粘着性:优良,在直径20mm的圆杆上弯曲180°时未发生剥离;
(2)在酸洗处理的情况下
磁特性:B8:1.94T;W17/50:0.73W/kg
粘着性:优良,在直径20mm的圆杆上弯曲180°时未发生剥离;
例5
在温度1340℃下加热成分(百分重量)为C:0.076%、Si:3.41%、Mn:0.078%、Se:0.020%、Sb:0.025%、Al:0.020%、N:0.0072%、Mo:0.012%和余量基本上为Fe的硅钢连铸板坯5小时,接着热轧,轧成厚2.0mm的热轧板。使该热轧板在950℃下进行标准化退火,接着冷轧两次,其间在1050℃进行中间退火,由此得到厚0.23mm的最后冷轧板。
然后利用照相凹板印刷法将主要由醇酸树脂组成的抗蚀刻油墨涂覆在最后冷轧板的表面上,留下直线未涂覆部分,该部分宽200μm,在大体垂直于轧制方向的方向上其间隔为4mm,随后在200℃烘烤约20秒。在这种情况下,油墨厚为2μm。用电解蚀刻法蚀刻涂覆有防蚀刻油墨的钢板,由此形成宽200μm深20μm的直线凹槽,然后浸入有机溶剂中,溶去油墨。在这种情况下,在NaCl电解液中进行电解蚀刻,蚀刻条件是电流密度10A/dm2,处理时间20秒。
在840℃的湿H2中进行脱碳和一次重结晶退火之后,将成分为MgO(25%)、Al2O3(70%)和CaSiO3(5%)的退火脱模剂浆液涂敷在钢板表面上,并于850℃退火15小时,然后使温度以10℃/小时的速度从85℃升到1150℃,以增加稳固排列在Goss方向的二次再结晶晶粒,并在1200℃的干燥H2中进行精炼退火。
在除去硅钢板表面上的氧化膜之后,用化学抛光法抛光所得晶粒取向硅钢片的表面。
随后将硅钢板浸在真空辉光箱中的(90℃)SiCl4水溶液(0.8mol/l)中10秒,同时使N2气流过该箱,然后在氮气氛中进行暴露处理5秒。将此方法重复三次之后,在钢板表面上形成主要由硅胶和磷酸盐组成的张力绝缘膜(约2μm厚),然后在820℃烘烤。
所得制品的磁特性和粘着性如下:
磁特性:B8:1.91T;W17/50:0.58W/kg
粘着性:优良,在直径20mm的圆杆上弯曲180°时未产生剥离;
例6
在温度1360℃下加热成分(百分重量)为C:0.076%、Si:3.38%、Mn:0.069%、Se:0.020%、Sb:0.025%、Al:0.021%、N:0.076%、Mo:0.012%和余量基本为Fe的硅钢连铸板坯5小时,接着进行热轧,形成厚2.2mm的热轧板。然后在1000℃标准化退火该热轧板,接着冷轧两次,其间经过1050℃的中间退火,从而获得厚0.23mm的最后冷轧板。
在850℃的湿H2中进行脱碳和一次再结晶退火之后,将成分为MgO(20%)、Al2O3(70%)和CaSiO3(10%)的退火脱模剂浆液涂敷在钢板表面上,并在850℃退火15小时,接着使温度以10℃/小时的速度从850℃上升到1180℃,以增加稳固排列在Goss方向的二次再结晶晶粒,随后在1200℃的干燥H2中进行精炼退火。
利用化学抛光法对所得硅钢板进行抛光处理(1),或在除去表面上的氧化膜之后用10%HCl进行酸洗处理(2)。
然后将硅钢板浸在(80℃的)处理溶液中(处理20秒),该处理溶液是通过用1500厘米3蒸馏水稀释主要由磷酸镁和硅胶组成的张力绝缘膜的涂渍溶液、然后再向该稀释溶液加入SiCl4:20厘米3、FeCl3:20g和Al(NO3)310g而制备的,接着在950℃的N2(50%)+H2(50%)混合气体中处理7分钟。以形成厚0.2μm的极薄底膜。然后再于钢板表面上形成主要由硅胶和磷酸盐组成的张力绝缘膜(约2μm厚),并在800℃温度下进行烘烤。
所得制品的磁特性、粘着性和磁致伸缩的压应力特性如下:
(1)在抛光处理的情况下
磁特性:B8:1.94T;W17/50:0.64W/kg
粘着性:优良,在直径25mm的圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
磁致伸缩:在压应力σ=0.4kg/mm2时,磁应变λPP=0.8×10-6,而在压应力σ=0.6kg/mm2时,磁应变λPP=0.9×10-6
(2)在酸洗处理的情况下
磁特性:B8:1.93T;W17/50:0.68W/kg
粘着性:优良,在直径0.25mm的圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
磁致伸缩:在压应力σ=0.4kg/mm2时磁应变λPP=0.7×10-6,而在压应力σ=0.6kg/mm2时磁应变λPP=0.9×10-6
在上述制品钢板经过800℃3小时应变释放退火之后,测量了磁特性。结果,在两种情况(1)和(2)中没有观测到特性的劣化,其特性表示如下:
(1)磁特性B8:1.94T;W17/50:0.64W/kg
(2)磁特性:B8:1.93T;W17/50:0.68W/kg
为进行比较,在840℃的湿H2中进行脱碳和一次再结晶退火之后,将主要由MgO组成的退火脱模剂浆液涂敷在钢板表面上,并在850℃进行15小时退火,接着使温度以10℃/小时的速度从850℃上升到1180℃,以增加稳固排列在Goss方法的二次再结晶晶粒,然后在1200℃的干燥H2中进行精炼处理。然后在镁橄榄石底膜上形成主要由硅胶和磷酸盐组成的张力绝缘膜(约2μm厚),接着在800℃进行烘烤。测量由此得到的晶粒取向硅钢板的磁特性、粘着性和磁致伸缩的压应力特性,结果如下:
磁特性:B8:1.94T;W17/50:0.76W/kg
粘着性:在直径20mm的圆杆上弯曲180°时未产生剥离;
磁致伸缩:在压应力σ=0.4kg/mm2时磁应变λPP=1.6×10-6,而压应力σ=0.6kg/mm2时磁应变λPP=4.8×10-6
例7
在1360℃加热成分(百分重量)为C:0.069%、Si:3.42%、Mn:0.073%、Se:0.020%、Sb:0.023%、Al:0.020%、N:0.0072%、Mo:0.0l3%和余量基本为Fe的硅钢连铸板坯4小时,接着进行热轧,轧成厚2.0mm的热轧板。使该热轧板在980℃标准化退火,接着冷轧两次,其间经过1050℃的中间退火,由此得到厚0.23mm的最后冷轧板。
然后用照相凹板印刷法将主要由醇酸树脂组成的抗蚀刻油墨涂覆在最后冷轧板的表面上,使得留下直线的未涂覆部分,该部分宽200μm,在大体垂直于轧制方向的方向上其间距为4mm,接着在200℃烘烤约20秒。在此情况下,油墨抗蚀剂厚度为2μm。用电解蚀刻法蚀刻涂覆有防蚀刻油墨的钢板,由此形成宽200μm深20μm的直线凹槽,然后浸入有机溶剂中,溶去油墨抗蚀剂。在此情况下,在NaCl电解液中进行电解蚀刻,蚀刻的条件是电流密度10A/dm2,处理时间20秒。
在850℃的湿H2中进行脱碳和一次再结晶退火之后,将组分为MgO(20%)、Al2O3(70%)和CaSiO3(10%)的退火脱模剂浆液涂敷在钢板表面上,并在850℃进行退火15小时,然后使温度以12℃/小时的速度从850℃上升到1150℃,以增加稳固排列在Goss方向的二次再结晶晶粒,随后在1200℃的干燥H2中进行精炼退火。
在除去硅钢板表面上的氧化物膜以后用化学抛光法抛光所得晶粒取向硅钢板的表面。
然后将硅钢板浸入80℃的SiCl4溶液中处理10秒,该SiCl4溶液是用1500厘米3水溶解20厘米3SiCl4而制得的,接着在950℃的N2(50%)+H2(50%)混合气体中处理3分钟。然后硅钢板再浸入一种(80℃的)处理溶液中处理20秒,该处理溶液是通过用1500厘米3蒸馏水稀释250厘米3的主要由磷酸镁和硅胶组成的张力绝缘膜的涂渍溶液,然后再向该稀释溶液中加入20厘米3SiCl4、15gAlPO4、19gH3BO3而制备的,接着在N2(93%)+H2(7%)混合气体中在900℃处理10分钟,由此形成厚0.4μm的极薄底膜。然后在钢板表面上形成主要由硅胶和磷酸盐组成的张力绝缘膜(约厚2μm),并在800℃温度下烘烤。
所得制品的磁特性和粘着性如下:
磁特性:B8:1.91T;W17/50:0.57W/kg
粘着性:优良,在20mm直径的圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
在上述制品钢于800℃进行应变释放退火3小时后,测量磁特性得到如下结果:
磁特性B8:1.91T;W17/50:0.57W/kg
经过应变稀释退火没有观测到磁特性的劣变。
另外,按上述同样方式,将未经过化学抛光而经酸洗处理过的钢板浸在一种(80℃的)处理溶液中处理20秒,该处理溶液是通过用1500厘米3蒸馏水稀释250厘米3主要由磷酸镁和硅胶组成的张力绝缘膜的涂渍溶液、然后再向该稀释溶液中加入20厘米3SiCl4、15gAlPO4和19gH3BO3而形成的,接着在混合气体N2(93%)+H2(7%)中在900℃处理10分钟。接着在其上形成张力绝缘膜。在所得制品中的磁特性和粘着性如下:
磁特性:B8:1.91T;W17/50:0.65W/kg
粘着性:优良,在直径20mm的圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
对于这种制品,在800℃进行应力释放退火,3小时后测量磁特性得到如下结果:
磁特性:B8:1.91T;W17/50:0.65W/kg
即经过应力释放退火没有见到磁特性的劣变。
例8
在1340℃加热成分(百分重量)为C:0.042%、Si:3.46%、Mn:0.070%、Se:0.021%、Sb:0.025%、Mo:0.012%和余量基本为Fe的硅钢连铸板坯4小时,接着进行热轧,形成厚2.4mm的热轧钢板。使该热轧板在900℃标准化退火,接着冷轧两次,其间经过950℃的中间退火,由此得到厚0.23mm的最后冷轧钢板。
然后用照相凹板印刷法将主要由醇酸树脂组成的抗蚀刻油墨涂覆在该冷轧板的表面上,使得留下直线的未涂覆部分,该部分宽200μm,在大体垂直于轧制方向的方向上其间距为4mm,接着在200℃烘烤约20秒。在这种情况下,墨汁厚度为2μm。随后用电解蚀刻法蚀刻涂覆有抗蚀刻油墨的钢板,从而形成宽200μm深20μm的直线凹槽,然后浸入有机溶剂中,除去油墨抗蚀剂。在此情况下,在NaCl电解液中进行电解蚀刻,蚀刻条件是电流密度10A/dm2,处理时间20秒。
在于840℃的湿H2中进行脱碳和一次再结晶退火后,将成分为MgO(25%)、Al2O3(70%)和CaSiO3(5%)的退火脱模剂浆液涂敷在钢板表面上,并保持在850℃进行50小时的退火,以增加稳固排列在Goss方向的二次再结晶晶粒,接着在1200℃的干燥H2中进行精炼退火。
在除去由此所得晶粒取向硅钢板表面上的氧化物膜以后用化学抛光法抛光钢板表面。再将硅钢板浸在一种(80℃的)处理溶液中处理20秒,该处理溶液是通过用1500厘米3蒸馏水稀释250厘米3的主要由磷酸铝和硅胶组成的张力绝缘膜的涂渍溶液、并向该稀释液中加入50厘米3SiCl4而形成的,接着在混合气体N2(50%)+H2(50%)中在950℃处理10分钟,以形成厚0.6μm的极薄底膜。然后于钢板面上形成主要由硅胶和磷酸铝组成的张力绝缘膜(约2μm厚),并在800℃进行烘烤。
所得制品的磁特性和粘着性如下:
磁特性:B8:1.88T;W17/50:0.63W/kg
粘着性:优良,在直径25mm的圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
另外,以上述同样方式在未经化学抛光而经酸洗过的钢板表面上形成其中均匀分散有Si氧化物的极薄张力膜,然后在于该膜上形成磷酸铝的张力绝缘膜。如此所得制品的磁特性和粘着性如下:
磁特性B8:1.88T;W17/50:0.67W/kg
粘着性:优良,在直径20mm的圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
对此种产品,在于800℃进行3小时应变释放退火处理3小时后,测量磁特性,结果如下:
磁特性:B8:1.88T;W17/50:0.63W/kg
在酸洗处理的情况下,
磁特性:B8:1.88T;W17/50:0.67W/kg
例9
在温度1340℃下加热成分(百分重量)为C:0.073%、Si:3.40%、Mn:0.072%、Se:0.020%、Sb:0.023%、Al:0.019%、N:0.0074%、Mo:0.013%和余量基本为Fe的硅钢连铸板坯5小时,接着进行热轧,形成厚2.0mm的热轧板。使该热轧板在1000℃进行标准退火,接着冷轧两次,其间经过1050℃的中间退火,由此得到厚0.23mm的最后冷轧板。
然后用照相凹板印刷法将主要由醇酸树脂组成的抗蚀刻油墨涂覆在该最后冷轧板的表面上,使得留下直线的未涂覆部分,该部分宽200μm,在大体垂直于轧制方向的方向上其间距为4mm,接着在200℃烘烤约20秒。在此情况下,油墨抗蚀剂厚2μm。用电解蚀刻法蚀刻涂覆有防蚀刻油墨的钢板,由此形成宽200μm深20μm的直线凹槽,然后将其浸入有机溶剂中,以溶掉油墨抗蚀剂。在此情况下,在NaCl电解液中进行电解蚀刻,蚀刻的条件是电流密度10A/dm2,处理时间20秒。
在于840℃的湿H2中进行脱碳和一次重结晶退火后,将组分为MgO(20%)、Al2O3(70%)和CaSiO3(10%)的退火脱模剂浆液涂敷在钢板表面上,接着在850℃退火15小时,然后使温度以12℃/小时的速度从850℃升到1100℃,以增加稳固排列在Goss方向的二次重结晶晶粒,接着于1200℃的干燥H2中进行精炼退火。
从如此得到的晶粒取向硅钢板表面上除去氧化物膜后用化学抛光法抛光钢板表面。
然后将硅钢板浸入在90℃的SiCl4水溶液处理40秒,该SiCl4水溶液是用1500厘米3溶解25厘米3SiCl4和5gAlNO3制得的溶液。随后将其浸在(80℃的)一种处理溶液中处理20秒,该处理溶液的配制方法是,用1500厘米3蒸馏水稀释250厘米3主要由磷酸镁和硅胶组成的张力绝缘膜的涂渍溶液,然后再向该稀释液加入20厘米3SiCl4、15gAlPO4和10gH3BO3。再于钢板表面上形成主要由硅胶和磷酸镁组成的张力绝缘膜(约1.5μm厚),并在800℃下烘烤。
如此得到制品的磁特性和粘着性如下:
磁特性:B8:1.91T;W17/50:0.59W/kg
粘着性:优良,在直径20mm的圆杆上弯曲180°时未发生剥离;
例10
在温度1340℃下加热成分(百分重量)为C:0.078%、Si:3.36%、Mn:0.070%、Se:0.019%、Sb:0.022%、Al:0.019%、N:0.0076%、Mo:0.012%和余量基本为Fe的硅钢连铸板坯5小时,接着进行热轧,得到厚2.2mm的热轧板。然后使该热轧板在950℃进行标准化退火,接着冷轧两次,其间经过1000℃的中间退火,由此得到厚0.23mm的最后冷轧板。
在于840℃的湿H2中进行脱碳和一次再结晶退火之后,将成分为CaO(20%)、Al2O3(40%)和SiO2(40%)的退火脱模剂浆液涂敷在钢板表面上,接着在850℃退火15小时,然后使温度以10℃/小时的速度从850℃上升高到1100℃,由此增加稳固排列在Goss方向的二次再结晶晶粒,接着1200℃的干燥H2中进行精炼退火。
然后用化学抛光(1)来抛光所得的硅钢板,或在除去氧化膜以后用10%HCl进行酸洗处理(2)。
随后将硅钢板浸在SiCl4水溶液中在80℃处理20秒,该SiCl4水溶液是在1500厘米3蒸馏水加入20厘米3SiCl4和5g SiO2而形成的,接着在硅钢板在混合气体N2(50%)+H2(50%)中在900℃热处理5分钟。
然后将钢板浸入(80℃的)一种处理溶液中处理20秒,该处理溶液这样配制:用1500厘米3蒸馏水稀释250厘米3主要由磷酸镁和硅胶组成的张力绝缘膜的涂渍溶液,然后在该稀释液中加入20厘米3SiCl4、10gAlPO4、10gH3BO4。在这种情况下,重量减约0.06g,或板的厚度减少量约1.2μm。然后在混合气体N2(93%)+H2(7%)中在900℃热处理5分钟,从而形成厚0.3μm的底膜。
随后在钢板表面上涂上主要由硅胶和磷酸镁组成的张力绝缘膜的涂渍溶液,并在800℃进行干燥和烘烤,从而形成厚2μm的张力绝缘膜。
所得制品的磁特性、粘着性和磁致伸缩的压应力特性如下:
(1)在抛光处理的情况下
磁特性:B8:1.93T;W17/50:0.64W/kg
粘着性:优良,在直径15mm的圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
磁致伸缩:在压应力σ=0.4kg/mm2时磁应变λPP=0.8×10-6,而在压应力σ=0.6kg/mm2时磁应变λPP=1.1×10-6
(2)在酸洗处理的情况下
磁特性:B8:1.92T;W17/50:0.67W/kg
粘着性:优良,在直径15mm圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
磁致伸缩:在压应力σ=0.4kg/mm2时磁应变λPP=0.9×10-6,而在压应力σ=0.6kg/mm2时磁应变λPP=1.2×10-6
例11
在温度1360℃下加热成分(百分重量)为C:0.072%、Si:3.36%、Mn:0.071%、Se:0.019%、Sb:0.023%、Al:0.019%、N:0.0073%、Mo:0.013%和余量大体为Fe的硅钢连铸板坯5小时,接着进行热轧,形成厚2.0mm的热轧板。使该热轧板在1000℃进行标准退火处理,接着进行两次冷轧,其间经过1000℃的中间退火,由此得到厚0.23mm的最后冷轧板。
然后利用照相凹板印刷法将主要由醇酸树脂组成的抗蚀刻油墨涂覆在最后冷轧板的表面上,使得留下直线的未涂覆部分,该部分宽200μm,在大体垂直于轧制方向的方向上其间距为4mm。在这种情况下,油墨抗蚀剂厚2μm。用电解蚀刻法蚀刻涂覆有抗蚀刻油墨的钢板,从而形成宽200μm深20μm的直线凹槽,然后浸入有机溶剂中,除去油墨抗蚀剂。在此情况下,用NaCl电解液中进行电解蚀刻,蚀刻的条件是电流密度10A/dm2,处理时间20秒。
在于850℃的湿H2中进行脱碳和一次再结晶退火之后,将成分为MgO(5%)、CaO(25%)、Al2O3(30%)、CaSiO3(10%)和SiO2(30%)的退火脱模剂浆液涂敷在钢板表面上,并在850℃温度下退火15小时,然后使温度以12℃/小时的速度从850℃上升到1050℃,以增加稳固排列在Goss方向的二次再结晶晶粒,然后在1200℃的干燥H2中进行精炼退火。
在除去硅钢板表面上的氧化物膜以后用化学抛光法抛光由此所得晶粒取向硅钢板的表面。
然后将硅钢板浸在SiCl4水溶液中在85℃处理10秒,该SiCl4水溶液是用1500厘米3蒸馏水中加入15厘米3SiCl4、10FeCl3而形成的,然后在950℃的混合气体N2(50%)+H2(50%)中进行处理。
随后将钢板浸入一种(80℃的)处理溶液中处理20秒,该处理溶液的配制方法是:用1500厘米3蒸馏水稀释250厘米3的主要由磷酸镁和硅胶组成的张力绝缘膜的涂渍溶液、然后再于这种稀释液中加入25厘米3SiCl4、5gAlCl3和10gH3BO4。在这种情况下重量减少约0.04g,或板的厚度减小约0.8μm。然后在混合气体N2(93%)+H2(7%)中在900℃热处理10分钟,从而形成厚0.2μm的底膜。
接着在钢板表面上涂上主要由硅胶和磷酸镁组成的张力绝缘膜的涂渍溶液,并进行干燥和在800℃烘烤,以形成厚度约为1.5μm的张力绝缘膜。
由此所得制品的磁特性和粘着性如下:
磁特性:B8:1.90T;W17/50:0.58W/kg
粘着性:优良,在直径10mm的圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
另外,在经酸洗而未经过化学抛光的钢板表面上在上述相同的条件下进行预处理,进行形成底膜的处理和形成张力绝缘膜的处理。如此所得制品的磁特性和粘着性如下:
磁特性:B8:1.90T;W17/50:0.64W/kg
粘着性:优良,在直径10mm的圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
例12
在温度1330℃下加热成分(百分重量)为C:0.042%、Si:3.36%、Mn:0.068%、Se:0.022%、Sb:0.025%、Mo:0.012%和余量基本为Fe的硅钢连铸板坯4小时,接着进行热轧,得到厚2.4mm的热轧板。使该热轧板在950℃进行标准化退火处理,接着冷轧两次,其间经过980℃的中间退火,由此得到厚0.23mm的最后冷轧板。
然后用照相凹板印刷法将主要由醇酸树脂组成的抗蚀刻油墨涂覆在该最后冷轧板上,使得留下直线的未涂覆部分,该部分宽200μm,在大体垂直于轧制方向的方向上其间距为4mm,接着在200℃烘烤约20秒。在此情况下,油墨抗蚀剂厚度为2μm。用电解蚀刻法蚀刻涂覆有抗蚀刻油墨的钢板,从而形成宽200μm深20μm的直线凹槽,然后浸到有机溶剂中,以除去油墨抗蚀剂。在此情况下在NaCl电解液中进行电解蚀刻,蚀刻的条件是电流密度10A/dm2,处理时间20秒。
在于840℃的湿H2中进行脱碳和一次再结晶退火之后,将成分为MgO(5%)、Al2O3(50%)、CaSiO3(5%)和SiO2(40%)的退火脱模剂浆液涂敷在钢板表面上,然后在850℃进行50小时的保持温度退火,以增加稳固排列在Goss方向的二次再结晶晶粒,接着在1200℃的干燥H2中进行精炼退火。
在除去硅钢板表面上的氧化物膜之后用化学抛光法来抛光所得晶粒取向硅钢板的表面。
然后将硅钢板浸入SiCl4水溶液中在90℃处理15秒,该SiCl4水溶液是用1500厘米3蒸馏水溶解15厘米3SiCl4而形成的,然后在900℃于混合气体N2(50%)+H2(50%)中进行处理。
随后将钢板浸入一种(80℃的)的处理溶液中处理15秒,该处理溶液的配制方法是:用1500厘米3蒸馏水来稀释100厘米3主要由磷酸铝和硅胶组成的张力绝缘膜的涂渍溶液、然后再于该稀释液中加入15厘米3SiCl4、5gAlCl3和5gH3BO3。在这种情况下重量减小量约0.08g或钢板的厚度减小量约1.6μm。然后在880℃于混合气体N2(93%)+H2(7%)中处理3分钟,由此形成厚0.4μm的底膜。
接着在钢板表面上涂上主要由硅胶和磷酸镁组成的张力绝缘膜的涂渍溶液,并进行干燥和在800℃烘烤,形成厚度2.5μm的张力绝缘膜。
如此所得制品的磁特性和粘着性如下:
磁特性:B8:1.88T;W17/50:0.63W/kg
粘着性:优良,在直径15mm的圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
在800℃使上述制品钢板经过3小时的应变释放退火处理之后,测量磁特性,得到如下结果:
磁特性:B8:1.88T;W17/50:0.61W/kg
并未观察到经过应变释放退火处理后的磁特性劣变。
另外,在经过酸洗而未经过抛光的钢板表面上采用上述相同条件进行预处理、形成底膜的处理和形成张力绝缘膜的处理。如此得到的制品的磁特性和粘着性如下:
磁特性:B8:1.88T;W17/50:0.67W/kg
粘着性:优良,在直径10mm的圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
例13
在温度1340℃下加热成分(百分重量)为C:0.074%、Si:3.31%、Mn:0.076%、Se:0.020%、Sb:0.023%、Al:0.020%、N:0.0071%、Mo:0.012%和余量主要为Fe的硅钢连铸板坯5小时,接着进行热轧,得到厚2.0mm的热轧板。使该热轧板在1000℃进行标准退火,接着进行两次冷轧,其间经过1000℃的中间退火,由此得到厚0.23mm的最后冷轧板。
然后用照相凹板印刷法将主要由醇酸树脂组成的抗蚀刻油墨涂覆在最后冷轧板表面上,使得留下直线的未涂覆部分,该部分宽200μm,在大体垂直于轧制方向的方向上其间距为4mm,接着在200℃烘烤约20秒。在此情况下,油墨抗蚀剂厚度为2μm。用电解蚀刻法蚀刻涂覆有抗蚀刻油墨的钢板,从而形成宽200μm深20μm的直线凹槽,然后浸到有机溶剂中,以除去油墨抗蚀剂。在这种情况下用NaCl电解液中进行电解蚀刻,蚀刻的条件是电流密度10A/dm2,处理时间20秒。
在于850℃的湿H2中进行脱碳和一次再结晶退火之后,将组成为MgO(5%)、CaO(25%)、Al2O3(30%)、CaSiO3(10%)、SiO2(30%)和PbCl2(20%)的退火脱模剂浆液涂敷在钢板表面上,接着在850℃退火15小时,然后使温度以12℃/小时的速度从850℃上升到1050℃,以增加稳固排列在Goss方向的二次再结晶晶粒,随后在1200℃的干燥H2中进行精炼退火。
从硅钢板表面上除去氧化物膜之后用化学抛光法抛光所得晶粒取向硅钢板的表面。
然后将硅钢板浸在85℃的SiCl4水溶液中处理10秒,该SiCl4水溶液是将15厘米3SiCl4和5gFeCl3溶解在1500厘米3蒸馏水中而制备的。
接着将钢板浸入一种(80℃的)处理溶液中处理20秒,该处理溶液的配制方法是:用1500厘米3蒸馏水来稀释250厘米3主要由磷酸镁和硅胶组成的张力绝缘膜的涂渍溶液、然后于该稀释液中加入15厘米3SiCl4、5g AlCl3和5gH3BO4。在这种情况下,重量减小约0.02g或钢板厚度减小量约0.4μm。
随后,在其上涂覆主要由磷酸镁和铬酸组成的绝缘膜的涂渍溶液(形成0.5μm厚度),再涂上主要由硅胶和磷酸镁组成地张力绝缘膜的涂渍溶液,然后干燥和在800℃烘烤,由此形成厚1.0μm的张力绝缘膜。
如此所得制品的磁特性和粘着性如下:
磁特性:B8:1.91T;W17/50:0.63W/kg
粘着性:优良,在10mm直径的圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
另外,在经过酸洗而未经化学抛光的钢板表面上采用上述相同条件进行预处理、形成底膜的处理和形成张力绝缘膜的处理。由此所得制品的磁特性和粘着性如下:
磁特性:B8:1.91T,W17/50:0.67W/kg
粘着性:优良,在10mm直径的圆杆上弯曲180°而不发生剥离;
例14
在1350℃温度加热成分(百分重量)为C:0.076%、Si:3.41%、Mn:0.078%、Se:0.019%、Sb:0.025%、Al:0.020%、N:0.0076%、Mo:0.012%和余量基本为Fe的硅钢连铸板坯4小时,接着进行热轧,得到厚2.0mm的热轧板。使该热轧板在1000℃进行标准退火,接着进行两次冷轧,其间经过1020℃的中间退火,由此得到厚0.23mm的最后冷轧板。
然后用照相凹板印刷法将主要由醇酸树脂构成的防蚀刻油墨涂覆在该冷轧板的表面上,使得留下直线未涂覆部分,该部分宽200μm,在大体垂直于轧制方向的方向上其间距为4mm,接着在200℃烘烤约20秒。在此情况下,油墨抗蚀剂厚2μm。用电解蚀刻法蚀刻涂覆有抗蚀刻油墨的钢板,由此形成宽200μm深20μm的直线凹槽,然后浸入有机溶剂中,以除去油墨抗蚀剂。在这种情况下,在氯化钠电解液中进行电解蚀刻,蚀刻条件是电流密度10A/dm2,处理时间20秒。
在于840℃的湿H2中进行脱碳和一次再结晶退火处理后,将组成为MgO(5%)、CaO(25%)、Al2O3(30%)、CaSiO3(10%)、SiO2(30%)的退火脱模剂浆液涂敷在钢板表面上,在850℃退火15小时,然后使温度以12℃/小时的速度从850℃上升到1050℃,以增加稳固排列在Goss方向的二次重结晶晶粒,随后在1200℃的干燥H2中进行精炼退火。
在除去硅钢板表面上的氧化物膜以后,用化学抛光法来抛光由此得到的晶粒取向硅钢板的表面。
然后在N2气氛的真空辉光箱中处理硅钢板。即,将硅钢板浸在90℃的SiCl4水溶液中处理10秒,该SiCl4水溶液是将25厘米3SiCl4和5gAlNO3溶解在1500厘米3蒸馏水中而形成的,然后将硅钢板暴露于N2气氛中5秒。重复三次这种处理。
随后将钢板浸在一种(80℃的)处理溶液中处理20秒,这种处理溶液的配制方法是,用1500厘米3蒸馏水来稀释250厘米3主要由磷酸镁和硅胶组成的张力绝缘膜的涂渍溶液、然后在该稀释的溶液中加入25厘米3SiCl4、5g AlCl3和10gH3BO4。在这种情况下重量减少约0.04g,或钢板厚度减小约0.8μm。然后将主要由硅胶和磷酸镁组成的张力绝缘膜的涂渍溶液涂在钢板表面上,接着进行干燥和在800℃烘烤,由此形成厚1.5μm的张力绝缘膜。
如此所制得制品的磁特性和粘着性如下:
磁特性:B8:1.90T;W17/50:0.57W/kg
粘着性:优良,在20mm直径的圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
例15
在温度1350℃加热成分(百分重量)为C:0.075%、Si:3.47%、Mn:0.068%、Se:0.020%、Sb:0.025%、Al:0.020%、N:0.0073%、Mo:0.012%和余量基本为Fe的硅钢连铸板坯5小时,接着进行热轧,形成厚2.2mm的热轧板。使该热轧板在1000℃进行标准化退火,接着进行两次冷轧,其间经过1050℃的中间退火,由此得到厚0.23mm的最后冷轧板。
在于840℃的湿H2中进行脱碳和一次再结晶退火处理后,将成分为CaO(10%)、Al2O3(50%)、SiO2(40%)的退火脱模剂浆液涂敷在钢板表面上,并在850℃退火15小时,然后使温度以12℃/小时的速度从850℃上升到1100℃,以增加稳固排列在Goss方向的二次重结晶晶粒,接着1200℃的干燥H2中进行精炼退火。
将如此得到的没有镁橄榄石底膜的硅钢板浸在80℃的SiCl4水溶液中进行酸洗处理60秒,以除去表面上的氧化物,该SiCl4水溶液是用1500厘米3蒸馏水溶解50厘米3SiCl4而形成的,接着在950℃在混合气体N2(50%)+H2(50%)中处理5分钟。
然后将钢板浸入一种(80℃的)处理溶液中处理20秒,该处理溶液的制备方法是:用1500厘米3蒸馏水稀释250厘米3的主要由磷酸镁和硅胶组成的张力绝缘膜的涂渍溶液、然后在该稀释液中加入20厘米3SiCl4、10g AlPO4和10gH3BO4,然后在950℃的混合气体N2(93%)+H2(7%)中处理5分钟,由此形成厚0.3μm的底膜。
随后,将主要由硅胶和磷酸镁组成的张力绝缘的涂渍溶液涂在钢板表面上,干燥并在800℃烘烤,由此形成厚2μm的张力绝缘膜。
如此所得制品的磁特性、粘着性和磁致伸缩的特性如下:
磁特性:B8:1.94T;W17/50:0.62W/kg
粘着性:优良,在直径20mm的圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
磁致伸缩:在压应力σ=0.4kg/mm2时磁应变λPP=0.7×10-6,而压应力σ=0.6kg/mm2时磁应变λPP=1.2×10-6
例16
在1350℃温度加热成分(百分重量)为C:0.077%、Si:3.46%、Mn:0.070%、Se:0.019%、Sb:0.025%、Al:0.020%、N:0.0074%、Mo:0.013%和余量基本为Fe的硅钢连铸板坯5小时,接着进行热轧,形成厚2.0mm的热轧板。在1000℃使该热轧板进行标准退火,接着进行两次冷轧,其间经过1030℃的中间退火,由此形成厚0.23mm的最后冷轧板。
然后利用照相凹板印刷法将主要由醇酸树脂组成的抗蚀刻油墨涂覆在该最后冷轧板上,使得留下直线未涂覆部分,该部分宽200μm,在大体垂直于轧制方向的方向上其间距为4mm,随后在200℃烘烤约20秒。在这种情况下,油墨抗蚀剂厚2μm。用电解蚀刻法蚀刻涂覆有防蚀刻油墨的钢板,由此形成宽200μm深20μm的直线凹槽,然后浸入有机溶剂中,以除去油墨抗蚀剂。在这种情况下在NaCl电解液中进行电解蚀刻,蚀刻条件是电流密度10A/dm2,处理时间20秒。
在于850℃的湿H2中进行脱碳和一次再结晶退火处理后,将成分为MgO(5%)、CaO(25%)、Al2O3(30%)、CaSiO3(10%)和SiO2(30%)的退火脱模剂浆液涂在钢板表面上,然后于850℃退火15小时,并使温度以12℃/小时的速度从850℃上升到1050℃,以增加稳固排列在Goss方向的二次再结晶晶粒,接着在1200℃的干燥H2中进行精炼退火。
采用下面两种条件处理没有镁橄榄石膜的所得到的硅钢板的表面。
(1)将该钢板浸在SiCl4水溶液中在85℃处理60秒,该SiCl4水溶液是在1500厘米3蒸馏中溶入45厘米3SiCl4和10gFeCl3而成的溶液。
(2)在经条目(1)的处理后,使硅钢板表面用3%HF+97%H2O的混合溶液进行化学抛光处理。
然后将各钢板浸入在80℃的SiCl4水溶液中处理20秒,该SiCl4水溶液是在1500厘米3蒸馏水中溶解20厘米3SiCl4而成的溶液,然后于950℃在混合气体N2(50%)+H2(50%)中进行热处理。
随后将主要由硅胶和磷酸镁组成的张力绝缘膜的涂渍溶液涂在钢板表面上,干燥并在800℃进行烘烤,由此形成厚1.5μm的张力绝缘膜。
上述所得制品的磁特性和粘着性如下:
用条件(1)处理的硅钢板
磁特性B8:1.91T;W17/50:0.62W/kg
粘着性:优良,在直径20mm的圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
用条件(2)处理的硅钢板
磁特性:B8:1.91T;W17/50:0.57W/kg
粘着性:优良,在直径20mm的圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
例17
在温度1320℃加热成分(百分重量)为C:0.044%、Si:3.37%、Mn:0.069%、Se:0.021%、Sb:0.024%、Mo:0.012%和余量基本为Fe的硅钢连铸板坯4小时,接着进行热轧,形成厚2.4mm的热轧板。使该热轧板在950℃进行标准退火,接着冷轧两次,其间经过1000℃的中间退火,由此得到厚0.23mm的最后冷轧板。
然后用照相凹板印刷法将主要由醇酸树脂构成的抗蚀刻油墨涂覆在该最后冷轧板上,使得留下直线的未涂覆部分,该部分宽200μm,在大体垂直于轧制方向的方向上其间距为4.00mm,接着在200℃烘烤约20秒。在此情况下,油墨抗蚀剂厚度为2μm。用电解蚀刻法蚀刻涂覆有抗蚀刻油墨的钢板,由此形成宽200μm深20μm的直线凹槽,随后浸入有机溶剂,以除去油墨抗蚀剂。在这种情况下,在NaCl电解液中进行电解蚀刻,蚀刻条件是电流密度为10A/dm2,而处理时间20秒。
在于840℃的湿H2中进行脱碳和一次再结晶退火处理后,将成分为MgO(5%)、Al2O3(50%)、CaSiO3(15%)和SiO2(30%)的退火脱模剂浆液涂敷在钢板表面上,接着在850℃进行50小时的恒温退火,以增加稳固排列在Goss方向的二次再结晶晶粒,然后在1220℃的干燥氢气中进行精炼退火。
将没有镁橄榄石膜的所得硅钢板浸在SiCl4水溶液中在85℃处理60秒,该SiCl4水溶液是55厘米3SiCl4溶解在1500厘米3蒸馏水中而制成的。然后再将钢板浸入另一种SiCl4水溶液中在90℃处理15秒,这种SiCl4水溶液是将15厘米3SiCl4溶解在1500厘米3蒸馏水中而形成的,接着在900℃的混合气体N2(50%)+H2(50%)中进行处理。
然后将钢板浸入一种(80℃的)处理溶液中处理40秒,该处理溶液的配制方法是:用2000厘米3蒸馏水稀释200厘米3的主要由磷酸铝和硅胶组成的张力绝缘膜的涂渍溶液、然后再于该稀释液中加入20厘米3SiCl4,接着在950℃的混合气体N2(93%)+H2(7%)中热处理3分钟,形成厚0.4μm的底膜。
接着在钢板表面上涂上主要由硅胶和磷酸铝组成的张力绝缘膜的涂渍溶液,干燥并在800℃进行烘烤,由此形成厚约2.5μm的张力绝缘膜。
如此所得制品的磁特性和粘着性如下:
磁特性:B8:1.88T;W17/50:0.65W/kg
粘着性:优良,在直径20mm的圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
上述制品在800℃进行3小时的应变释放退火处理之后,测得磁特性,其结果如下:
磁特性:B8:1.88T;W17/50:0.64W/kg
例18
在温度1340℃加热成分(百分重量)为C:0.073%、Si:3.42%、Mn:0.076%、Se:0.020%、Sb:0.025%、Al:0.020%、N:0.0074%、Mo:0.012%和余量基本为Fe的硅钢连铸板坯5小时,接着进行热轧,得到厚2.0mm的热轧板。使该热轧板在1000℃进行标准退火,接着冷轧两次,其间经过1030℃的中间退火,由此得到厚0.23mm的最后冷轧板。
然后用照相凹板印刷法将主要由醇酸树脂构成的防蚀刻油墨涂覆在该最后冷轧板上,使得留下直线未涂覆部分,该部分宽200μm,在大体垂直于轧制方的方向上其间距为4.00mm,接着在200℃烘烤20秒。在此情况下,油墨抗蚀剂厚2μm。用电解蚀刻法蚀刻涂覆有抗蚀刻油墨的钢板,由此形成宽200μm深20μm的直线凹槽,接着浸入有机溶剂中,以除去油墨抗蚀剂。在此情况下,在NaCl电解液中进行电解蚀刻,蚀刻条件是电流密度为10A/dm2,处理时间20秒。
在于840℃的湿H2中进行脱碳和一次再结晶退火处理后,将成分为MgO(5%)、CaO(25%)、Al2O3(30%)、CaSiO3(10%)、SiO2(20%)和PbCl2(20%)的退火脱模剂浆液涂敷在钢板表面上,接着在850℃退火15小时,随后使温度以12℃/小时的速度从850℃上升到1050℃,以增加稳固排列在Goss方向的二次再结晶晶粒,然后在1220℃的干燥H2中进行精炼退火。
接着采用以下两种条件处理上面得到的没有镁橄榄石膜的硅钢板表面。
(1)将钢板浸在一种水溶液中在85℃处理60秒,该HCl溶液是将25厘米3HCl、25厘米3H3PO4和45厘米3SiCl4溶解在1500厘米3蒸馏水中而形成的。
(2)在经过条目(1)的处理后,钢板表面再利用3%HF+97%H2O2的混合溶液进行化学抛光处理。
然后将各个钢板浸在SiCl4水溶液中在80℃处理20秒,该SiCl4水溶液是用1500厘米3蒸馏水溶解20厘米3SiCl4而成的。
然后将钢板浸入一种(80℃的)处理溶液中处理20秒,该处理溶液的制备方法是:用1500厘米3蒸馏水稀释250厘米3主要由磷酸镁和硅胶组成的张力绝缘膜的涂渍溶液、然后再于该稀释液中加入25厘米3SiCl4、5g AlCl3和10gH3BO4,由此形成厚0.3μm的底膜。
然后于钢板表面涂上主要由磷酸镁和铬酸组成的用于绝缘膜的涂渍溶液、形成0.5μm厚,接着又在其上涂上主要由硅胶和磷酸镁组成的用于张力绝缘膜的涂渍溶液,并进行干燥和在800℃进行烘烤,以形成厚度约1.0μm的张力绝缘膜。
如上所得制品的磁特性和粘着性如下:
用条件(1)处理的硅钢板
磁特性:B8:1.91T;W17/50:0.65W/kg
粘着性:优良,在直径20mm的圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
用条件(2)处理的硅钢板
磁特性:B8:1.91T;W17/50:0.62W/kg
粘着性:优良,在直径20mm的圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
例19
在温度1350℃加热成分(百分重量)为C:0.076%、Si:3.32%、Mn:0.071%、Se:0.020%、Sb:0.025%、Al:0.020%、N:0.0068%、Mo:0.012%和余量主要为Fe的硅钢连铸板坯4小时,接着进行热轧,形成厚2.0mm的热轧板。使该热轧板在1000℃进行标准退火,接着进行两次冷轧,其间经过1050℃的中间退火,由此形成厚0.23mm的最后冷轧板。
然后利用照相凹板印刷法将主要由醇酸树脂组成的抗蚀刻油墨涂覆在该最后冷轧板上,使得留下直线未涂覆部分,该部分宽200μm,在大体垂直于轧制方向的方向上其间隔为4.0mm,接着在200℃烘烤约20秒。在这种情况下,油墨抗蚀刻厚2μm。用电解蚀刻法蚀刻涂覆有防蚀刻油墨的钢板,从而形成宽200μm深20μm的直线凹槽,随后浸入有机溶剂中,以除去油墨抗蚀剂。在此情况下,在NaCl电解液中进行电解蚀刻,蚀刻条件是电流密度10A/dm2,处理时间20秒。
在于840℃的湿H2中进行脱碳和一次再结晶退火处理之后,将组成为MgO(5%)、CaO(25%)、Al2O3(30%)、CaSiO3(10%)、SiO2(20%)和PbCl2(10%)的退火脱模剂浆液涂敷在钢板表面上,接着在850℃退火15小时,随后使温度以12℃/小时的速度从850℃升到1080℃,以增加稳固排列在Goss方向的二次再结晶晶粒,然后于1200℃的干燥H2中进行精炼退火。
将上面所得硅钢板浸入一种水溶液中在85℃处理60秒,该HCl水溶液是用1500厘米3蒸馏水溶解30厘米3HCl、25厘米3H3PO4和25厘米3SiCl4而配成的。然后使钢板表面浸入3%HF+97%H2O2的混合溶液中进行化学抛光。
按如下方式在氮气氛的辉光箱中处理硅钢板。
即,将硅钢板浸入SiCl4水溶液中在90℃处理10秒,该SiCl4水溶液是用1500厘米3蒸馏水溶解20厘米3SiCl4而形成的溶液,然后于N2气氛中暴露5秒。重复这种处理3次。
随后将钢板浸入一种(80℃的)处理溶液中处理20秒,形成厚0.3μm的底膜,该处理溶液的制备方法是:用1500厘米3蒸馏水稀释250厘米3的主要由磷酸镁和硅胶组成的用于张力绝缘膜的涂渍溶液,然后再于该稀释液中加25厘米3SiCl4、5gAlCl3和10gH3BO4。
接着,在钢板表面涂上主要由磷酸镁和铬酸组成的用于绝缘膜的涂渍溶液、形成0.5μm厚,然后再于其上涂上主要由硅胶和磷酸镁组成的用于张力绝缘膜的涂渍溶液,并进行干燥和在800℃下烘烤,由此形成厚约1.0μm的张力绝缘膜。
由此所得制品的磁特性和粘着性如下:
磁特性B8:1.91T;W17/50:0.62W/kg
粘着性:优良,在直径20mm的圆杆上弯曲180°而未发生剥离;
工业适用性
按照本发明,在硅钢板的基体表面和张力绝缘膜之间的界面上形成包含Fe、Si、Al和B中一种或多种元素的氮化物-氧化物的界面层,由此可以显著降低铁心损耗,有效地改善了磁致伸缩的压应力特性,另外还提高了生产率且降低了成本。
Claims (20)
1.一种超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板,在其表面上形成主要由磷酸盐和硅胶构成的张力绝缘膜,该钢板在最后退火后其厚度为0.05-0.5mm,其特征在于,在钢板的基体表面和张力绝缘膜之间的界面上形成包括Si和选自Fe、Al和B中的一种或多种元素的氮化物-氧化物的界面层。
2.如权利要求1所述的超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板,其特征在于,界面层是厚度为0.001-0.1μm的含Si的氮化物-氧化物层。
3.如权利要求1所述的超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板,其特征在于,界面层是厚度为0.001-3.0μm的底膜,该底膜的形成方法是:使选自Fe、Si、Al和B中的一种或多种元素的氮化物-氧化物均匀分散到与张力绝缘膜的组成相同的膜组分中。
4.如权利要求1至3中任一项所述的超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板,其特征在于,钢板的基体表面上具有直线凹槽区域,该槽的宽度为50-500μm,深度为0.1-50μm,在垂直于轧制方向的方向上的间距为2-10mm。
5.如权利要求1至3中任一项所述的超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板,其特征在于,在最后退火之后,晶粒取向硅钢板的表面经受抛光处理。
6.如权利要求1至3中任一项所述的超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板,其特征在于,晶粒取向硅钢板的表面不经受抛光处理,但经受酸洗处理。
7.一种制造权利要求1所述的超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板的方法,包括在最后退火后厚度为0.05-0.5mm的晶粒取向硅钢板的一个表面上涂上包括选自Fe、Si、Al和B中的一种或多种元素的化合物的溶液,将硅钢板暴露于含N的非氧化气氛中,由此形成界面层,该界面层至少包含Si和选自Fe、Al和B中的一种或多种元素的少量氮化物-氧化物,然后形成张力绝缘膜。
8.如权利要求7所述的制造超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板的方法,其特征在于,含Si化合物的溶液用作涂渍溶液,该溶液以0.001-2.0g/m2的量涂在晶粒取向硅钢板的表面上,从而使少量硅粘着在处于活性状态的钢板表面上。
9.如权利要求8所述的制造超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板的方法,其特征在于,通过涂覆含硅化合物的溶液使少量硅粘着到处于活性状态的晶粒取向硅钢板的表面上以后,使钢板暴露于含N的非氧化气氛中。
10.如权利要求7所述的制造超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板的方法,其特征在于,通过涂覆0.001-2.0g/m2的含硅化合物的溶液而使少量Si粘着在处于活性状态的晶粒取向硅钢板的表面上以后,将钢板放在非氧化的气氛中进行短时热处理,从而在钢板的表面上形成厚度为0.001-0.1μm的包含硅的氮化物-氧化物层。
11.如权利要求7所述的制造超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板的方法,其特征在于,将包含选自Fe、Si、Al和B中一种或多种元素的0.001-0.5摩尔/升的无机化合物加入到用水稀释的包括磷酸盐和硅胶的用作张力绝缘膜的涂渍溶液的稀释溶液中便可得到处理溶液,接着,用该处理溶液作涂渍溶液,将该处理溶液涂在晶粒取向硅钢板的表面上并使其干燥,由此使包括Fe、Si、Al和B中一种或多种元素的少量无机化合物粘接在钢板表面上。
12.如权利要求11所述的制造超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板的方法,其特征在于,在将处理溶液涂敷在钢板的表面上以后,将钢板放在非氧化的气氛中进行短时热处理,由此在钢板表面上形成厚度为0.001-3.0μm的底膜,该底膜是通过使Fe、Si、Al和B中的一种或多种元素的氮化物-氧化物均匀分散到其组成与张力绝缘膜的组成相同的膜组成中而形成的。
13.如权利要求11所述的制造超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板的方法,其特征在于,在涂敷处理溶液之前,使晶粒取向硅钢板浸入在SiCl4的水溶液中或浸入在含SiCl4的氯化物水溶液中,以溶解基体表面。
14.如权利要求12所述的制造超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板的方法,其特征在于,在涂敷处理溶液之前,使晶粒取向硅钢板浸入在SiCl4的水溶液中或浸入在含SiCl4的氯化物水溶液中,以溶解基体表面。
15.如权利要求13或14所述的制造超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板的方法,其特征在于,在将晶粒取向钢板浸入SiCl4水溶液或包含SiCl4的氯化物水溶液中进行浸入处理之后,使钢板表面暴露在含N的非氧化气氛中,以进行暴露处理。
16.如权利要求7-14中任一项所述的制造超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板的方法,其特征在于,宽度为50-500μm而深度为0.1-50μm的直线凹槽区域形成在钢板的基体表面上,该槽在垂直于轧制方向的方向上的间距为2-10mm。
17.如权利要求7-14中任一项所述的制造超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板的方法,其特征在于,最后退火之后的晶粒取向硅钢板的表面是经受抛光处理的表面。
18.如权利要求7-14中任一项所述的制造超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板的方法,其特征在于,晶粒取向硅钢板的表面是不承受抛光处理而承受酸洗处理的表面。
19.如权利要求17所述的制造超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板的方法,其特征在于,利用含SiCl4的水溶液进行抛光处理或酸洗处理。
20.如权利要求19所述的制造超低铁心损耗的晶粒取向硅钢板的方法,其特征在于,在用含SiCl4的水溶液进行抛光处理或酸洗处理之后,使钢板的表面暴露在含N的非氧化气氛中,以进行暴露处理。
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