CN205069256U - 一种电工钢板材 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种电工钢板材，该电工钢板材包括板状电工钢基体、所述基体表面的刻痕沟槽和所述刻痕沟槽表面分布的含有水化硅酸钙相和水化硅酸镁相的基体层，所述基体的厚度为0.1～2mm，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的直径为1～100nm，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的总面积占所述刻痕沟槽表面积的20～80％，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的体积比为1:1～1:10。本实用新型的水化硅酸钙相和水化硅酸镁相对于沟槽附近区域的拉应力或位错具有强烈的钉扎效应，使激光刻痕产品经退火处理后铁损降低效果不会消失，保持原有的磁性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电力变压器用取向硅钢，具体涉及一种电工钢板材。
背景技术
近年来，人们尝试将更多的激光技术应用到细化磁畴技术研究中。Rauscher等使用连续CO2激光器和高能光纤激光器对取向硅钢片进行激光刻痕，高能光纤激光器使铁损降低了大约13％，且硅钢片表面无损伤。杨玉玲等采用激光氮化方法对取向硅钢表面进行局域线状氮化处理，研究了激光工艺参数对硅钢表面氮化物形成物的影响，发明了采用连续CO2激光的取向硅钢激光局域表面合金化方法，该法在降低铁损的同时显著改善了取向硅钢的高温时效性。此方法的缺陷是工艺复杂且造价较高。
作为改进，孙凤久等进一步提出了以连续CO2激光氮化优化磁畴分布方法，在大气气氛下，以合适的氮分子束与一定功率的聚焦连续CO2激光束同时共轴垂直作用于硅钢表面，可在相互作用区域形成具有高温稳定性的铁氮化合物，形成了可稳定优化细化主畴分布的新晶界，全面的改善了取向硅钢的性能。这种工艺使0.23mm厚度的Z102牌号取向硅钢片铁损降低达23％，工作温度高达1000℃。
随后，具有耐热性的激光刻痕技术也获得了阶段性进展。昝森巍、朱虹等利用纳秒和飞秒激光加工设备继续深化耐热激光刻痕技术试验，结果表明铁损值降低幅度随着紫外飞秒激光扫描次数或扫描能量增加而逐渐增大。若进一步采用紫外飞秒激光-盐酸腐蚀方式处理取向硅钢表面，可达到耐热性好及较高铁损降低幅度的效果。李海蛟等优化了Nd：YAG激光刻痕的工艺参数，采用工作电流12A，激光频率3500Hz，刻痕速率800mm/s的最佳工艺参数，可使120牌号取向硅钢的铁损降低9.45％。同时研究了激光刻痕输入电流大小对取向硅钢表面绝缘涂层的影响，并分析了刻痕后样品在500℃以上温度铁损值会回复升高。
宝钢在发明专利中提出了一种在取向硅钢带钢上下表面同时进行激光刻痕的方法，将高度聚焦的连续波激光束同时在运行的带钢上下表面进行划线，上下表面刻痕线采用等间距交错的形式以保证刻痕效果均匀。
然而，现有的激光刻痕技术不具耐热性，即经激光刻痕处理后的硅钢产品，无法对其进行去应力退火处理，退火会造成其铁损上升，恢复至激光刻痕以前。现有技术无法实现的刻痕电工钢产品不能应用于对卷铁心变压器或需要对硅钢产品进行弯曲的铁心进行退火处理的领域。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种电工钢板材，克服了现有技术的不足，得到具有优异耐热性的激光刻痕电工钢板材产品，使其能够应用于需要进行退火处理的领域。
为了实现上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：
一种电工钢板材，所述电工钢板材包括板状电工钢基体、所述基体表面的刻痕沟槽和所述刻痕沟槽表面分布的含有水化硅酸钙相和水化硅酸镁相的基体层，所述基体的厚度为0.1～2mm，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的直径为1～100nm，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的总面积占所述刻痕沟槽表面积的20～80％，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的体积比为1:1～1:10。电工钢板材的厚度可以为0.1mm，0.15mm，0.18mm，0.23mm，0.27mm，0.30mm，0.5mm，0.7mm，0.8mm，1mm，1.5mm或2mm等。水化硅酸钙相和水化硅酸镁相的直径可以为1nm，5nm，10nm，20nm，30nm、50nm，70nm或100nm等。水化硅酸钙相和水化硅酸镁相的总面积可以占所述沟槽表面积的20％、30％、40％、50％、60％和80％等。水化硅酸钙相和水化硅酸镁相的体积比可以为1:1、1:2、1:3、1:5、1:7、1:9或1:10等。
所述的电工钢板材的第一优选方案，所述电工钢基体的厚度为0.18～0.30mm。
所述的电工钢板材的第二优选方案，所述电工钢基体的厚度为0.18mm。
所述的电工钢板材的第三优选方案，所述刻痕沟槽的宽度为0.05～0.5mm，间隔为1～20mm。刻痕沟槽的宽度可以为0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm或0.5mm等。刻痕沟槽的间隔可以为1mm、2mm、4mm、5mm、8mm、10mm、12mm、15mm、16mm或20mm等。
所述的电工钢板材的第四优选方案，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相均匀分布于所述刻痕沟槽表面。
所述的电工钢板材的第五优选方案，所述水化硅酸钙相为硬硅钙石(Ca6[Si6O17](OH)2)和托勃莫来石(Ca5[Si6O18H2]·4H2O)；所述水化硅酸镁相为叶蛇纹石(Mg6[Si4O10(OH)8])。
所述的电工钢板材的第六优选方案，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的体积比为1:2。
所述的电工钢板材的第七优选方案，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的直径为20～60nm。
所述的电工钢板材的第八优选方案，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的直径为30nm。
所述的电工钢板材的第九优选方案，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的总面积占所述刻痕沟槽表面积的30％。
一种所述的电工钢板材的制备方法，所述方法包括如下步骤：
1)激光刻痕处理：激光刻痕处理电工钢基体，得到具有刻痕沟槽的电工钢基体；
2)(CaO+MgO)粉末处理刻痕沟槽：于常温或50℃下，将CaO粉末和MgO粉末粘附于所述刻痕沟槽表面，再喷射高温水蒸气3～8min，CaO和MgO与所述刻痕沟槽表面的SiO2反应生成分布于所述刻痕沟槽表面的水化硅酸钙相和水化硅酸镁相；
3)冲洗步骤2)所得电工钢板材并烘干。
所述的电工钢板材的制备方法的第一优选技术方案，步骤2)所述CaO粉末的粒径为0.01～10μm；所述MgO粉末的粒径为0.01～5μm。
所述的电工钢板材的制备方法的第二优选技术方案，步骤2)所述CaO粉末的粒径为2μm；所述MgO粉末的粒径为1μm。
所述的电工钢板材的制备方法的第三优选技术方案，步骤2)所述(CaO+MgO)粉末处理刻痕沟槽的工艺条件包括：于50℃下，将CaO粉末和MgO粉末粘附于所述刻痕沟槽表面，再喷射高温水蒸气5min。
所述的电工钢板材的制备方法的第四优选技术方案，所述CaO粉末与MgO粉末的体积比为1:1～1:10，所述CaO粉末与MgO粉末粘附的总面积占所述刻痕沟槽表面积的40％～90％。
所述的电工钢板材的制备方法的第五优选技术方案，所述CaO粉末与MgO粉末的体积比为1:2，所述CaO粉末与MgO粉末粘附的总面积占所述刻痕沟槽表面积的55％。
所述的电工钢板材的制备方法的第六优选技术方案，步骤3)所述冲洗用弱酸性溶液、中性盐溶液或清水，时间为2～4min；所述烘干是于常温下。
本实用新型电工钢板材的制备方法中，不限定激光刻痕手段，可采用工业常用的CO2激光器或Nd-YAG激光器对电工钢进行激光处理，随后在刻痕沟槽处铺覆CaO粉末与MgO粉末的混合粉末，对其喷射高温水蒸气，CaO粉末与MgO粉末会在水蒸气的作用下放热并与电工钢表层SiO2发生反应，在MgO的作用下，CaO不与SiO2形成CaSiO3，而是生成水化硅酸钙相和水化硅酸镁相产物，水化硅酸钙相包括硬硅钙石(Ca6[Si6O17](OH)2)和托勃莫来石(Ca5[Si6O18H2]·4H2O)颗粒，水化硅酸镁相包括叶蛇纹石(Mg6[Si4O10(OH)8])颗粒。水化硅酸钙相和水化硅酸镁相产物在刻痕处产生强烈的钉扎效应，阻止磁畴壁移动或转动，使本实用新型的激光刻痕产品具有优异的耐热性，经800℃、保温2h退火处理，由激光刻痕产生的铁损降低效果不会消失，基本保留了原有的磁性能。
本实用新型所用的CaO粉末和MgO粉末不宜过大或过小，CaO粉末的直径需严格控制在0.01～10μm之间，MgO粉末的直径需严格控制在0.01～5μm之间，粉末粒径过大会使生成的产物无法钉扎位错，起不到钉扎效果，粒径过小易产生团聚，会使产物大小分布不均匀，使有利于钉扎磁畴壁的第二相产物数量减少。
水化硅酸钙相颗粒和水化硅酸镁相颗粒在刻痕沟槽的表面的分布越均匀，其钉扎水化硅酸钙相颗粒和水化硅酸镁相颗粒附近的位错的效果越好，从而在电工钢在加热时仍能够将铁损保持在较低水平。电工钢板材的规格为0.18mm厚，CaO粉末的粒径为2μm，MgO粉末的粒径为1μm，CaO粉末和MgO粉末的体积分数比例为1:2，CaO粉末和MgO粉末铺覆面积占刻痕沟槽内表面面积55％，加热温度50℃，腐蚀时间5min条件下，腐蚀得到的电工钢板材的刻痕沟槽的水化硅酸钙相颗粒和水化硅酸镁相颗粒的尺寸(约为30nm)和分布最均匀，水化硅酸钙相颗粒和水化硅酸镁相颗粒的总面积约占刻痕沟槽表面总面积的30％。
水化硅酸钙相颗粒和水化硅酸镁相颗粒可以钉扎水化硅酸钙相颗粒和水化硅酸镁相颗粒附近的位错，阻碍位错运动，在水化硅酸钙相颗粒和水化硅酸镁相颗粒附近获得高密度的位错。于水化硅酸钙相颗粒和水化硅酸镁相颗粒边缘处形成亚晶结构，晶界使得钢材在加热退火时，位错难以运动，难以发生回复。由此，即使在高温加热状态下，水化硅酸钙相颗粒和水化硅酸镁相颗粒及其附近由于刻痕处理形成的拉应力不衰减，细化的磁畴不会因为加热而变得粗大，从而保持铁损在较低水平。
与最接近的现有技术比，本实用新型具有如下优点：
1)本实用新型的水化硅酸钙相和水化硅酸镁相对于沟槽附近区域的拉应力或位错具有强烈的钉扎效应，使本实用新型的激光刻痕产品具有优异的耐热性，经800℃、保温2h退火处理，由激光刻痕产生的铁损降低效果不会消失，基本保留了原有的磁性能。
2)本实用新型的电工钢板材可应用于卷铁心变压器或需要对硅钢产品进行弯曲的铁心制造等必须对制成的铁心进行退火处理的领域；
附图说明
图1：本实用新型电工钢板材的示意图
图2：本实用新型电工钢板材的制备流程图
附图标记说明
1电工钢基体
2刻痕沟槽
3水化硅酸镁相
4水化硅酸钙相
具体实施方式
为更好地说明本实用新型，便于理解本实用新型的技术方案，本实用新型的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
原材料采用激光刻痕处理后的电工钢板材，其规格为0.18mm厚。将板材加热至50℃，在刻痕沟槽内表面铺覆粒径为2μm的CaO粉末和粒径为1μm的MgO粉末，CaO粉末与MgO粉末的体积分数比为1:2，粉末铺覆面积占沟槽内表面面积55％，随后在沟槽处喷射高温水蒸气，保持5min然后取出，在沟槽内表面形成水化硅酸钙相和水化硅酸镁相的产物，两者体积分数比例为1:2，产物粒径在30nm之间，表面积约占沟槽内表面面积30％。随后利用中性盐溶液对其表面进行冲洗，冲洗时间为2min，在常温下进行烘干处理。
先对处理后的电工钢样品磁性能测试，随后在800℃下、保温2h退火处理，再进行磁性能测试，测试结果如表1所示。由表1可知，原材料经(CaO+MgO)处理后性能保持不变，经800℃下、保温2h退火处理后，磁性能基本与材料初始性能保持一致。
表1磁性能测试结果对比
实施例2
原材料采用激光刻痕处理后的电工钢板材，其规格为0.23mm厚。将板材加热至50℃，在刻痕沟槽内表面铺覆粒径为0.01～4μm的CaO粉末和粒径为0.01～4μm的MgO粉末，CaO粉末与MgO粉末的体积分数比为1:10，粉末铺覆面积占沟槽内表面的40％，随后在沟槽处喷射高温水蒸气，保持5min然后取出，在沟槽内表面形成水化硅酸钙相和水化硅酸镁相的产物，两者体积分数比例为1:9，产物粒径在1～20nm之间，总表面积约占沟槽内表面面积40％。随后利用中性盐溶液对其表面进行冲洗，冲洗时间为2min，在常温下进行烘干处理。
先对处理后的电工钢样品磁性能测试，随后在800℃下、保温2h退火处理，再进行磁性能测试，测试结果如表2所示。由表2可知，原材料经(CaO+MgO)处理后性能保持不变，经800℃下、保温2h退火处理后，磁性能基本与材料初始性能保持一致。
表2磁性能测试结果对比
实施例3
原材料采用激光刻痕处理后的电工钢板材，其规格为0.27mm厚。将板材加热至50℃，在刻痕沟槽内表面铺覆粒径为1～6μm的CaO粉末和粒径为1～5μm的MgO粉末，CaO粉末与MgO粉末体积分数比为1:5，粉末铺覆面积占沟槽内表面面积50％，随后在沟槽处喷射高温水蒸气，保持5min然后取出，在沟槽内表面形成水化硅酸钙相和水化硅酸镁相的产物，两者体积分数比例为1:3，产物粒径在20～70nm之间，表面积约占沟槽内表面面积60％。随后利用中性盐溶液对其表面进行冲洗，冲洗时间为2min，在常温下进行烘干处理。
先对处理后的电工钢样品磁性能测试，随后在800℃下、保温2h退火处理，再进行磁性能测试，测试结果如表3所示。由表3可知，原材料经(CaO+MgO)处理后性能保持不变，经800℃下、保温2h退火处理后，磁性能基本与材料初始性能保持一致。
表3磁性能测试结果对比
实施例4
原材料采用激光刻痕处理后的电工钢板材，其规格为0.30mm厚。将板材加热至50℃，在刻痕沟槽内表面铺覆粒径为6～10μm的CaO粉末和粒径为0.01～0.99μm的MgO粉末，CaO粉末与MgO粉末体积分数比为1:4，粉末铺覆面积占沟槽内表面面积70％，随后在沟槽处喷射高温水蒸气，保持5min然后取出，在沟槽内表面形成水化硅酸钙相和水化硅酸镁相的产物，两者的体积分数比例为2:9，产物粒径在40～90nm之间，表面积约占沟槽内表面面积85％。随后利用中性盐溶液对其表面进行冲洗，冲洗时间为2min，在常温下进行烘干处理。
对处理后的电工钢样品磁性能测试，随后在800℃下、保温2h退火处理，再进行磁性能测试，测试结果如表4所示。由表4可知，原材料经(CaO+MgO)处理后性能保持不变，经800℃下、保温2h退火处理后，磁性能基本与材料初始性能保持一致。
表4磁性能测试结果对比
实施例5
原材料采用激光刻痕处理后的电工钢板材，其规格为0.27mm厚。将板材加热至50℃，在刻痕沟槽内表面铺覆粒径为2～8μm的CaO粉末和粒径为0.15～3μm的MgO粉末，CaO粉末与MgO粉末的体积分数比为1:3，粉末铺覆面积占沟槽内表面面积80％，随后在沟槽处喷射高温水蒸气，保持5min然后取出，在沟槽内表面形成水化硅酸钙相和水化硅酸镁相的产物，两者的体积分数比例为2:5，产物粒径在50～100nm之间，表面积约占沟槽内表面面积90％。随后利用中性盐溶液对其表面进行冲洗，冲洗时间为2min，在常温下进行烘干处理。
先对处理后的电工钢样品磁性能测试，随后在800℃下、保温2h退火处理，再进行磁性能测试，测试结果如表5所示。由表5可知，原材料经(CaO+MgO)处理后性能保持不变，经800℃下、保温2h退火处理后，磁性能基本与材料初始性能保持一致。
表5磁性能测试结果对比
实施例6
原材料采用激光刻痕处理后的电工钢板材，其规格为0.30mm厚。在常温状态下，在刻痕沟槽内表面铺覆粒径为0.01～1μm的CaO粉末和粒径为0.05～2μm的MgO粉末，CaO粉末与MgO粉末的体积分数比为2:5，粉末铺覆面积占沟槽内表面面积60％，随后在沟槽处喷射高温水蒸气，保持5min然后取出，在沟槽内表面形成水化硅酸钙相和水化硅酸镁相的产物，两者的体积分数比例为1:2，产物粒径在10～50nm之间，表面积约占沟槽内表面面积45％。随后利用中性盐溶液对其表面进行冲洗，冲洗时间为2min，在常温下进行烘干处理。
先对处理后的电工钢样品磁性能测试，随后在800℃下、保温2h退火处理，再进行磁性能测试，测试结果如表6所示。由表6可知，原材料经(CaO+MgO)处理后性能保持不变，经800℃下、保温2h退火处理后，磁性能基本与材料初始性能保持一致。
表6磁性能测试结果对比
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电工钢板材，其特征在于，所述电工钢板材包括板状电工钢基体、所述基体表面的刻痕沟槽和所述刻痕沟槽表面分布的含有水化硅酸钙相和水化硅酸镁相的基体层，所述基体的厚度为0.1～2mm，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的直径为1～100nm，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的总面积占所述刻痕沟槽表面积的20～80％。
2.根据权利要求1所述的电工钢板材，其特征在于，所述电工钢基体的厚度为0.18～0.30mm。
3.根据权利要求2所述的电工钢板材，其特征在于，所述电工钢基体的厚度为0.18mm。
4.根据权利要求1所述的电工钢板材，其特征在于，所述刻痕沟槽的宽度为0.05～0.5mm，间隔为1～20mm。
5.根据权利要求1所述的电工钢板材，其特征在于，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相均匀分布于所述刻痕沟槽表面。
6.根据权利要求1所述的电工钢板材，其特征在于，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的直径为20～60nm。
7.根据权利要求6所述的电工钢板材，其特征在于，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的直径为30nm。
8.根据权利要求1所述的电工钢板材，其特征在于，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的总面积占所述刻痕沟槽表面积的30％。
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