一種電工鋼板材及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力變壓器用取向硅鋼，具體涉及一種電工鋼板材及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，人們嘗試將更多的激光技術(shù)應(yīng)用到細化磁疇技術(shù)研究中。Rauscher等使 用連續(xù)C0 2激光器和高能光纖激光器對取向硅鋼片進行激光刻痕，高能光纖激光器使鐵損 降低了大約13%，且硅鋼片表面無損傷。楊玉玲等采用激光氮化方法對取向硅鋼表面進行 局域線狀氮化處理，研究了激光工藝參數(shù)對硅鋼表面氮化物形成物的影響，發(fā)明了采用連 續(xù)C0 2激光的取向硅鋼激光局域表面合金化方法，該法在降低鐵損的同時顯著改善了取向 硅鋼的高溫時效性。此方法的缺陷是工藝復(fù)雜且造價較高。
[0003] 作為改進，孫鳳久等進一步提出了以連續(xù)C02激光氮化優(yōu)化磁疇分布方法，在大氣 氣氛下，以合適的氮分子束與一定功率的聚焦連續(xù)C0 2激光束同時共軸垂直作用于硅鋼表 面，可在相互作用區(qū)域形成具有高溫穩(wěn)定性的鐵氮化合物，形成了可穩(wěn)定優(yōu)化細化主疇分 布的新晶界，全面的改善了取向硅鋼的性能。這種工藝使〇. 23mm厚度的Z102牌號取向硅 鋼片鐵損降低達23%，工作溫度高達1000°C。
[0004] 隨后，具有耐熱性的激光刻痕技術(shù)也獲得了階段性進展。昝森巍、朱虹等利用納秒 和飛秒激光加工設(shè)備繼續(xù)深化耐熱激光刻痕技術(shù)試驗，結(jié)果表明鐵損值降低幅度隨著紫外 飛秒激光掃描次數(shù)或掃描能量增加而逐漸增大。若進一步采用紫外飛秒激光-鹽酸腐蝕方 式處理取向硅鋼表面，可達到耐熱性好及較高鐵損降低幅度的效果。李海蛟等優(yōu)化了 Nd : YAG激光刻痕的工藝參數(shù)，采用工作電流12A，激光頻率3500Hz，刻痕速率800mm/s的最佳工 藝參數(shù)，可使120牌號取向硅鋼的鐵損降低9. 45%。同時研究了激光刻痕輸入電流大小對 取向硅鋼表面絕緣涂層的影響，并分析了刻痕后樣品在500°C以上溫度鐵損值會回復(fù)升高。
[0005] 寶鋼在發(fā)明專利中提出了一種在取向硅鋼帶鋼上下表面同時進行激光刻痕的方 法，將高度聚焦的連續(xù)波激光束同時在運行的帶鋼上下表面進行劃線，上下表面刻痕線采 用等間距交錯的形式以保證刻痕效果均勻。
[0006] 然而，現(xiàn)有的激光刻痕技術(shù)不具耐熱性，即經(jīng)激光刻痕處理后的硅鋼產(chǎn)品，無法對 其進行去應(yīng)力退火處理，退火會造成其鐵損上升，恢復(fù)至激光刻痕以前?，F(xiàn)有技術(shù)無法實現(xiàn) 的刻痕電工鋼產(chǎn)品不能應(yīng)用于對卷鐵心變壓器或需要對硅鋼產(chǎn)品進行彎曲的鐵心進行退 火處理的領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種電工鋼板材及其制備方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足得到 具有優(yōu)異耐熱性的激光刻痕電工鋼板材產(chǎn)品。
[0008] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0009] -種電工鋼板材，所述電工鋼板材包括板狀電工鋼基體、所述基體表面的刻痕溝 槽、所述刻痕溝槽表面分布的凹坑和固溶于所述基體表面的Na2Si03SNa2Si03 ? 9H20，所 述基體的厚度為〇? 1~2mm，即電工鋼基體的厚度可為0? 1mm，0? 15mm，0? 18mm，0? 23mm， 0? 27臟，0? 3Ctam，0? 5臟，0? 7臟，0? 8臟，1臟，1. 5臟或2mm等，所述凹坑的直徑為1~lOOnm， 即凹坑的直徑可為 lnm，5nm，10nm，20nm，50nm，70nm 或 lOOnm 等。
[0010] 所述的電工鋼板材的第一優(yōu)選方案，所述電工鋼基體的厚度為0. 18~0. 30mm。
[0011] 所述的電工鋼板材的第二優(yōu)選方案，所述電工鋼基體的厚度為〇. 18mm。
[0012] 所述的電工鋼板材的第三優(yōu)選方案，所述刻痕溝槽的寬度為0. 05~0. 5mm，間隔 為1~2Ctam?？毯蹨喜鄣膶挾瓤梢詾?? 05mm、0. 08謹、0? 1謹、0? 2謹、0? 3謹或0? 5謹?shù)?，間 隔可以為 1臟、2mm、4mm、5mm、8mm、10mm、12mm、15mm、16mm 或 20mm 等。
[0013] 所述的電工鋼板材的第四優(yōu)選方案，所述凹坑分布均勻。
[0014] 所述的電工鋼板材的第五優(yōu)選方案，所述凹坑的直徑為20~lOOnm。
[0015] 所述的電工鋼板材的第六優(yōu)選方案，所述凹坑的直徑為20nm。
[0016] 所述的電工鋼板材的第七優(yōu)選方案，所述凹坑的總面積占所述刻痕溝槽表面積的 20~70 %。凹坑的總面積可占所述刻痕溝槽表面積的20 %、30 %、40 %、50 %、60 %或70 % 等。
[0017] 所述的電工鋼板材的第八優(yōu)選方案，所述凹坑的總面積占所述刻痕溝槽表面積的 30%〇
[0018] -種所述的電工鋼板材的制備方法，所述方法包括如下步驟：
[0019] 1)激光刻痕處理：采用0)2激光器或Nd-YAG激光器對電工鋼基體進行激光刻痕處 理，得到具有刻痕溝槽的電工鋼基體，未處理的電工鋼基體為硅鋼；
[0020] 2)NaOH溶液處理刻痕溝槽：腐蝕處理步驟1)所得刻痕溝槽，NaOH與所述刻痕溝槽 表面的Si02反應(yīng)生成固溶于所述電工鋼基體表面的Na#103或Na2Si03 ? 9H20,并于所述刻 痕溝槽表面原為Si02的位置形成凹坑；
[0021] 3)沖洗步驟2)所得電工鋼板材并烘干。
[0022] 所述的電工鋼板材的制備方法的第一優(yōu)選技術(shù)方案，步驟2)所述的NaOH溶液處 理刻痕溝槽包括用NaOH溶液浸沒電工鋼基體或用NaOH溶液噴灑于電工鋼基體表面。
[0023] 應(yīng)理解，相比于現(xiàn)有的技術(shù)采用HC1等酸溶液，本發(fā)明采用NaOH溶液腐蝕刻痕溝 槽，NaOH溶液不與電工鋼板材的基體中的Fe元素反應(yīng)，有利于保證基體的平整和完整。尤 其是對于高規(guī)格的電工鋼而言，現(xiàn)有技術(shù)采用的酸溶液腐蝕極易導(dǎo)致破壞電工鋼板材的基 體。本發(fā)明采用NaOH溶液，可以實現(xiàn)對高規(guī)格的電工鋼的刻痕溝槽的腐蝕，例如，0. 18mm電 工鋼，甚至是〇? 15謹。
[0024] 所述的電工鋼板材的制備方法的第二優(yōu)選技術(shù)方案，步驟2)所述的NaOH溶液 處理刻痕溝槽的工藝條件包括：于常溫下，以質(zhì)量濃度為10~20 %的NaOH溶液腐蝕2~ 10min。NaOH溶液質(zhì)量濃度可以為10%、12%、15%、17%或20%等，腐蝕時間可以為10min、 8min、6min、4min 或 2min 等。
[0025] 所述的電工鋼板材的制備方法的第三優(yōu)選技術(shù)方案，步驟2)所述的NaOH溶液處 理刻痕溝槽的工藝條件包括：將電工鋼基體于50~150°C下保溫3~10min，再以質(zhì)量濃 度為0? 5~9. 9%的NaOH溶液腐蝕2~10min。加熱溫度可以為50°C、70°C、80°C、100°C、 120°C或150°C等。NaOH溶液質(zhì)量濃度可以為0. 5%、1%、2%、5%、7%或9. 9%等，腐蝕時 間可以為 10min、8min、6min、4min 或 2min 等。
[0026] 應(yīng)理解，現(xiàn)有技術(shù)中酸溶液腐蝕時由于溶液與電工鋼板材的基體中的Fe元素反 應(yīng)，因而一般不進行加熱，以防酸溶液與Fe反應(yīng)的加劇，腐蝕效率低。而本發(fā)明實施例的 NaOH溶液不與電工鋼板材的基體中的Fe元素反應(yīng)，因而可以對電工鋼基體加熱，以提高反 應(yīng)速率從而提高腐蝕效率，從而提高工業(yè)生產(chǎn)效率。選擇合適的NaOH溶液濃度以及加熱溫 度，可以得到很好的腐蝕效果和速率。將在下文中詳細闡述。同樣的，本發(fā)明還可以對NaOH 溶液進行加熱，對此不作限定。
[0027] 此外，NaOH與刻痕溝槽表面的Si02g應(yīng)生成Na 2Si03或Na 2Si03 ? 9H20,固溶于電 工鋼基體表面，可以增強電工鋼的絕緣性，有利于其應(yīng)用于變壓器中。同時，固溶于基體的 Na 2Si03S Na 2Si03 ? 9H20能夠提高電工鋼的強度。
[0028] 所述的電工鋼板材的制備方法的第四優(yōu)選技術(shù)方案，步驟2)所述的NaOH溶液 處理刻痕溝槽的工藝條件包括：將電工鋼基體于80°C下保溫3min，再以質(zhì)量濃度為5%的 NaOH溶液腐蝕4min。
[0029] 所述的電工鋼板材的制備方法的第五優(yōu)選技術(shù)方案，步驟3)所述沖洗用弱酸性 溶液、中性鹽溶液或清水，時間為2~4min ;所述烘干是于常溫。
[0030] 應(yīng)理解，本發(fā)明中，采用將NaOH溶液噴灑至電工鋼板材的表面的方式，在實際的 工業(yè)生產(chǎn)中，溶液噴灑通過簡單的設(shè)備即可實現(xiàn)，可以降低對生產(chǎn)場地大小和防護設(shè)施的 要求，降低生產(chǎn)成本。
[0031 ] 所述電工鋼板材刻痕溝槽表面的凹坑分布的越均勻，其釘扎凹坑附近的位錯的效 果越好，在電工鋼加熱時能夠?qū)㈣F損保持在較低水平。電工鋼板材的規(guī)格為〇. 18mm厚，加 熱溫度80°C，NaOH溶液質(zhì)量濃度5%，腐蝕時間6min條件下，腐蝕得到的電工鋼板材的刻痕 溝槽的凹坑的尺寸（約為20nm)和分布最均勻。凹坑的總面積約占刻痕溝槽的表面的總面 積的30%。凹坑可以釘扎其附近的位錯，阻礙位錯運動，于凹坑附近獲得高密度的位錯。在 凹坑邊緣處形成亞晶結(jié)構(gòu)，晶界使得鋼材在加熱退火時，位錯難以運動，難以發(fā)生回復(fù)。由 此，即使在高溫加熱狀態(tài)下，凹坑及其附近由于刻痕處理形成的拉應(yīng)力不衰減，細化的磁疇 不會因為加熱而變得粗大，從而保持較低水平的鐵損。
[0032] 與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0033] 1)本發(fā)明制備的電工鋼板材是于刻痕溝槽表面分布有腐蝕凹坑，進而在刻痕處產(chǎn) 生強烈的釘扎效應(yīng)，阻止磁疇壁移動或轉(zhuǎn)動，使其具有優(yōu)異的耐熱性，于800°C下退火處理 2h，由激光刻痕產(chǎn)生的鐵損降低效果不會消失，基本保留了原有的磁性能；
[0034] 2)本發(fā)明制備的電工鋼板材可應(yīng)用于卷鐵心變壓器或需要對硅鋼產(chǎn)品進行彎曲 的鐵心制造等必須對制成的鐵心進行退火處理的領(lǐng)域；
[0035] 3)本發(fā)明制備方法中NaOH不會與電工鋼表面的絕緣涂層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不會破 壞絕緣涂層，不影響其絕緣性能，制備過程操作簡單，適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0036] 圖1 :本發(fā)明電工鋼板材的示意圖
[0037] 圖2 :本發(fā)明電工鋼板材的制備流程圖
[0038] 其中：
[0039] 1電工鋼基體
[0040] 2刻痕溝槽
[0041] 3 凹坑
【具體實施方式】
[0042] 為更好地說