TWI491736B - 氧化絕緣鋼片之製造方法 - Google Patents

Description

氧化絕緣鋼片之製造方法

本發明是有關於一種鋼片之製造方法，且特別是有關於一種氧化絕緣鋼片之製造方法。

電磁鋼片疊層為鐵心時，需使這些電磁鋼片之間具有適當的層間絕緣阻抗(insulation resistivity)，來降低鐵心使用時的渦流損，藉此降低整體的鐵損。

目前，在製作此類表面具絕緣特性鋼片時，皆採用封盒退火(Batch Annealing；BA)方式，來於鋼片表面形成絕緣層。舉例而言，美國專利公告第6221501號揭示一種利用封盒退火方式來在鋼片之表面上形成絕緣層的技術。此技術利用封盒退火製程，在788℃溫度下，均溫退火1小時後，再降溫至510℃，且持溫20分鐘以上至數小時，而製程氣氛為燃燒空氣。隨後，慢速降溫至常溫。然而，此專利技術形成表面氧化膜的均溫時間相當長，且爐內氣氛在同一封盒爐內切換，不僅耗時，而導致爐體能量消耗大，進而導致電能成本大幅增加，且氣氛接觸鋼片的效果不均勻。

美國專利公告第6284388號揭示一種同樣利用封盒退火方式來在鋼片之表面上形成絕緣層的技術。此技術 利用封盒退火製程，在788℃溫度下，均溫退火1小時後，再降溫至510℃，且持溫20分鐘以上至數小時，而製程氣氛為燃燒空氣。隨後，慢速降溫至常溫。除此之外，此專利技術另外還提高製程氣氛中的氧含量，來增加三氧化二鐵(Fe₂ O₃ )形成的量，藉此增加絕緣層之層間絕緣阻抗。然而，此專利技術形成表面氧化膜的均溫時間相當長，且爐內氣氛在同一封盒爐內切換，不僅耗時且氣氛接觸鋼片的效果不均勻。而且，退火均溫時間長增加爐體能量的消耗，導致電能成本大幅增加，而刻意增加的氧含量，亦增加氧氣添加之成本。

因此，本發明之一態樣就是在提供一種氧化絕緣鋼片之製造方法，其可製作出包含三氧化二鐵(Fe₂ O₃ )與四氧化三鐵(Fe₃ O₄ )之氧化絕緣層，故可使氧化絕緣層兼具層間絕緣阻抗與附著性。

本發明之另一態樣是在提供一種氧化絕緣鋼片之製造方法，其係利用連續退火製程來製作氧化絕緣層，製程可簡化，並可附加於鋼片製作過程中之既有連續退火製程或塗覆製程中。因此，不僅製程簡單，且均溫時間短，可大幅縮減製程時間，而可降低熱預算，進而可減少製程成本。

根據本發明之上述目的，提出一種氧化絕緣鋼片之 製造方法，包含下列步驟。製備一鋼片。進行一連續退火製程，以於鋼片表面形成一氧化絕緣層。其中，形成此氧 化絕緣層之步驟包含一均溫處理。

依據本發明之一實施例，進行上述均溫處理時包含控制：一均溫溫度為300℃至630℃；一均溫時間為10秒至320秒；以及一反應氣體，其中反應氣體包含露點50℃至80℃之氮氣或含氧量為10%至25%之乾燥空氣。

依據本發明之另一實施例，上述之製備鋼片之步驟包含對一鋼胚依序進行一熱軋製程、一冷軋製程以及上述之連續退火製程。

依據本發明之又一實施例，上述之氧化絕緣層係在上述之連續退火製程之一冷卻階段形成。

依據本發明之再一實施例，上述之氧化絕緣層係在上述之連續退火製程之一過時效階段形成。

依據本發明之再一實施例，上述製備鋼片之步驟包含對一鋼胚依序進行一熱軋製程、一冷軋製程以及另一連續退火製程，且上述連續退火製程係在此另一連續退火製程後進行。

依據本發明之再一實施例，上述之氧化絕緣層包含三氧化二鐵與四氧化三鐵。

依據本發明之再一實施例，上述之氧化絕緣層之厚度為0.1μm至1.4μm。

100‧‧‧方法

102‧‧‧步驟

104‧‧‧步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種氧化絕緣鋼片之製造方法的流程圖。

第2圖係繪示依照本發明之一實施例的一種氧化絕緣層之X光繞射(XRD)分析圖。

第3圖係繪示依照本發明之另一實施例的一種氧化絕緣層之X光繞射分析圖。

第4圖係繪示利用本發明之二實施例的氧化絕緣鋼片之製造方法在相同均溫時間下，不同均溫溫度與所生成之氧化絕緣層的層間阻抗之間的關係曲線圖。

第5圖係繪示利用本發明之一實施例的氧化絕緣鋼片之製造方法在不同均溫時間與不同均溫溫度下，所生成之氧化絕緣層之層間阻抗的變化。

請參照第1圖，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種氧化絕緣鋼片之製造方法的流程圖。在本實施方式中，氧化絕緣鋼片之製造方法可適用於電磁鋼片，但其應用並不限於電磁鋼片，亦可應用在例如一般鐵基碳鋼與合金鋼等表面易氧化之鋼材表面的氧化絕緣層的製作上。製作氧化絕緣鋼片時，可先如方法100之步驟102所述般，製備鋼片。在一實施例中，製備鋼片之步驟可先提供鋼胚。再對鋼胚進行熱軋製程，以將鋼胚軋成鋼板。接下來，可根據製程需求，選擇性地對熱軋後之鋼板進行酸洗處理。接著，對鋼板進行冷軋製程，以將鋼板進一步軋成鋼片。隨後，可對冷軋後之鋼片進行連續退火製程。

在本實施方式之一實施態樣中，可完成鋼片製備之連續退火製程後，確定鋼片之顯微組織及磁特性後，如步驟104所述，在同一連續退火爐、或其他連續退火爐中，例如低溫的退火爐或烘烤爐，導入形成氧化絕緣層所需之反應氣體，而對鋼片進行另一連續退火製程。藉此，在鋼片之表面上形成氧化絕緣層。在一例子中，此氧化絕緣層之厚度可例如為0.1μm至1.4μm。

形成氧化絕緣層之連續退火製程包含均溫處理。在一實施例中，進行此均溫處理時可包含將均溫溫度控制在例如300℃至630℃；將均溫時間控制在例如10秒至320秒；以及控制導入之反應氣體，其中反應氣體可例如包含露點為例如50℃至80℃之氮氣、或含氧量為例如10%至25%的乾燥空氣。在此實施例中，均溫處理後所獲得之氧化絕緣層的層間阻抗可為0.5 Ω‧cm² /層。

在本實施方式之另一實施態樣中，可在對冷軋後之鋼片進行連續退火製程期間，例如在連續退火製程的冷卻階段、或過時效階段，將爐內氣氛變更為包含露點為例如50℃至80℃之氮氣、或含氧量為例如10%至25%的乾燥空氣，進行鋼片的均溫處理，藉以在鋼片表面上形成氧化絕緣層。也就是說，在此實施態樣中，係將形成氧化絕緣層之程序附加於製備鋼片之連續退火製程中，以既有連續退火製程中的功能來於鋼片表面上形成氧化絕緣層。

在一實施例中，氧化絕緣層之成分可例如包含三氧化二鐵與四氧化三鐵。請參照第2圖與第3圖，其中第2 圖係繪示以空氣為反應氣氛所生成之氧化絕緣層的X光繞射分析圖，第3圖係繪示以高露點之氮氣為反應氣氛所生成之氧化絕緣層的X光繞射分析圖。由第2圖與第3圖可看出，不管是以空氣為反應氣氛，或是以高露點之氮氣為反應氣氛，所生成之氧化絕緣層均包含三氧化二鐵與四氧化三鐵。

請參照第4圖，其係繪示利用本發明之二實施例的氧化絕緣鋼片之製造方法在相同均溫時間下，不同均溫溫度與所生成之氧化絕緣層的層間阻抗之間的關係曲線圖。由第4圖可看出，在相同均溫時間下，即均溫時間為160秒，以露點為60℃之氮氣為反應氣氛，隨著均溫溫度的升高，所生成之氧化絕緣層的層間阻抗隨之增加。而，在相同均溫時間下，以空氣為反應氣氛的實施例中，隨著均溫溫度的升高，所生成之氧化絕緣層的層間阻抗也大致隨之增加，但在均溫溫度由510℃提升至560℃時，所生成之氧化絕緣層的層間阻抗呈現略為下降的狀況。

請參照第5圖，其係繪示利用本發明之一實施例的氧化絕緣鋼片之製造方法在不同均溫時間與不同均溫溫度下，所生成之氧化絕緣層之層間阻抗的變化。在此實施例中，係以空氣為反應氣氛。由第5圖可看出，隨著均溫時間的增加，所生成之氧化絕緣層之層間阻抗會隨之增加。然，除了均溫溫度為630℃外，在其他均溫溫度下，隨著均溫時間的增加，所生成之氧化絕緣層之層間阻抗增加的幅度相當小。

以下利用多個實施例與比較例，來更具體說明利用本實施方式的技術內容與功效。下表一列出這些實施例與比較例之製程條件下所生成之絕緣層之層間阻抗、或放行之層間阻抗標準。

由上表一可看出，透過上述實施例的製程，鋼片表面的層間絕緣阻抗可自比較例1之無塗覆之鋼片的0.3Ω‧cm² /層，提高約一倍甚至一倍以上，而達0.58Ω‧cm² /層至25.1 Ω‧cm² /層。若與比較例2利用封盒式退火發藍處理後的鋼片比較，本發明之實施例採用連續退火製程，可具有製程時間短、成本低、以及層間絕緣阻抗優異的優勢。若與中鋼對某一塗膜電磁鋼片的層間絕緣阻抗放行標準6.67比較，在本發明之部分實施例下，仍可達到放行標準。

由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為運用本發明之方法可製作出包含三氧化二鐵與四氧化三鐵之氧化絕緣層，因此可使氧化絕緣層兼具層間絕緣阻抗與 附著性。

由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為本發明係利用連續退火製程來製作氧化絕緣層，因此製程可簡化，並可附加於鋼片製作過程中之既有連續退火製程或塗覆製程中。故，不僅製程簡單，且均溫時間短，可大幅縮減製程時間，而可降低熱預算，進而可減少製程成本。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧方法

102‧‧‧步驟

104‧‧‧步驟

Claims (8)

1. 一種氧化絕緣鋼片之製造方法，包含：製備一鋼片；以及進行一連續退火製程，其中該連續退火製程包含一均溫處理，且進行該均溫處理時導入一反應氣體而於該鋼片表面形成一氧化絕緣層，其中該反應氣體包含露點50℃至80℃之氮氣或含氧量為10%至25%之乾燥空氣。
2. 如請求項1所述之氧化絕緣鋼片之製造方法，其中進行該均溫處理時包含控制：一均溫溫度為300℃至630℃；以及一均溫時間為10秒至320秒。
3. 如請求項1所述之氧化絕緣鋼片之製造方法，其中製備該鋼片之步驟包含對一鋼胚依序進行一熱軋製程、一冷軋製程以及該連續退火製程。
4. 如請求項3所述之氧化絕緣鋼片之製造方法，其中該均溫處理係在該連續退火製程之一冷卻階段進行。
5. 如請求項3所述之氧化絕緣鋼片之製造方法，其中該均溫處理係在該連續退火製程之一過時效階段進行。
6. 如請求項3所述之氧化絕緣鋼片之製造方法，其中製備該鋼片之步驟包含對一鋼胚依序進行一熱軋製程、一冷軋製程以及另一連續退火製程，且該連續退火製程係在該另 一連續退火製程後進行。
7. 如請求項1所述之氧化絕緣鋼片之製造方法，其中該氧化絕緣層包含三氧化二鐵(Fe₂ O₃ )與四氧化三鐵(Fe₃ O₄ )。
8. 如請求項1所述之氧化絕緣鋼片之製造方法，其中該氧化絕緣層之厚度為0.1μm至1.4μm。