CN111542622B - 取向电工钢板及其磁畴细化方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明一实施例的取向电工钢板，其包括：在电工钢板的一表面上，沿与轧制方向交叉的方向形成的线状沟槽；以及在电工钢板的一表面上，沿与轧制方向交叉的方向形成的线状热冲击部，沟槽和热冲击部之间的间距为1mm以下。

Description

取向电工钢板及其磁畴细化方法
技术领域
本发明涉及取向电工钢板及其磁畴细化方法。更具体地，本发明涉及一种取向电工钢板及其磁畴细化方法，通过结合永久磁畴细化方法和临时磁畴细化方法，将磁畴细化成最小尺寸。
背景技术
取向电工钢板用作变压器等电气产品的铁芯材料。因此，为了降低电气设备的功率损耗提高能量转换效率，铁芯材料的铁损应该优异，而且需要层叠及卷取时占空比高的钢板。
取向电工钢板是指具有通过热轧、冷轧及退火工艺二次再结晶的晶粒沿轧制方向排列成{110}<001>取向的织构(又称“高斯织构”)的功能性钢板。
作为降低取向电工钢板铁损的方法，已知有磁畴细化方法。也就是说，针对磁畴，通过形成划痕或者施加能量冲击，使得取向电工钢板所具有的大磁畴的尺寸细化。在此情况下，当磁畴磁化以及改变方向时，与磁畴尺寸大时相比，可减少能量消耗量。磁畴细化方法有热处理后也保持改善效果的永久磁畴细化和不会保持改善效果的临时磁畴细化。
在出现回复(Recovery)的热处理温度以上的去应力热处理后也显示出铁损改善效果的永久磁畴细化方法可分为蚀刻法、辊压法及激光法。蚀刻法是通过溶液中的选择性电化学反应在钢板表面上形成沟槽(groove)，因此难以控制沟槽形状，并且难以沿着宽度方向均匀地确保最终产品的铁损特性。同时，由于用作溶剂的酸溶液，存在不环保的缺陷。
基于压辊的永久磁畴细化方法是具有铁损改善效果的磁畴细化技术，在压辊上加工出突起形状后，对压辊或板件施压，从而在板件表面上形成具有一定宽度和深度的沟槽，然后进行退火，使得局部上产生沟槽底部的再结晶。辊压法的缺点在于，对机械加工的稳定性、难以确保基于厚度的稳定铁损的可靠性及工艺性复杂，并且形成沟槽后(去应力退火前)铁损和磁通密度特性变差。
基于激光的永久磁畴细化方法所采用的方法是向快速移动的电工钢板表面部照射高输出激光，通过激光照射来形成随着基底部熔化而产生的沟槽(groove)。然而，这种永久磁畴细化方法也难以将磁畴细化成最小尺寸。
对于临时磁畴细化，当前技术集中在涂覆状态下施加激光后不再涂覆，因此不考虑照射一定强度以上的激光。这是因为，当照射一定强度以上的激光时，由于涂层的损坏，难以正常发挥张力效果。
永久磁畴细化方法是通过形成沟槽来增加可接收静磁能的自由电荷面积，因此需要尽可能深的沟槽深度。当然，由于沟槽深度较深，也会产生副作用如磁通密度降低等。因此，为了减少磁通密度的劣化，对沟槽深度进行控制，以具有适当的深度。
发明内容
技术问题
本发明提供一种取向电工钢板及其磁畴细化方法。具体地，本发明的目的在于提供一种取向电工钢板及其磁畴细化方法，通过结合永久磁畴细化方法和临时磁畴细化方法，将磁畴细化成最小尺寸。
技术方案
根据本发明一实施例的取向电工钢板，其包括：在电工钢板的一表面上，沿与轧制方向交叉的方向形成的线状沟槽；以及在电工钢板的一表面上，沿与轧制方向交叉的方向形成的线状热冲击部，沟槽和热冲击部之间的间距为1mm以下。
根据本发明的另一实施例的取向电工钢板，其包括：在电工钢板的一表面上，沿与轧制方向交叉的方向形成的线状沟槽；以及在电工钢板的另一表面上,沿与轧制方向交叉的方向形成的线状热冲击部，将沟槽以钢板的厚度中心对称地投影到另一表面上的虚拟线和热冲击部之间的间距为1mm以下。
沟槽的深度可以为钢板厚度的1至10％。
沟槽形成多个，沟槽之间的间距可以为1.5至10mm。
热冲击部形成多个，热冲击部之间的间距可以为沟槽之间的间距的1至5倍。
根据本发明一实施例的取向电工钢板的磁畴细化方法，其包括：准备取向电工钢板的步骤；在取向电工钢板的一表面上，沿与轧制方向交叉的方向照射激光，以形成沟槽的步骤；以及在取向电工钢板的一表面上，沿与轧制方向交叉的方向照射激光，以形成热冲击部的步骤，沟槽和热冲击部之间的间距为1mm以下。
根据本发明的另一实施例的取向电工钢板的磁畴细化方法，其包括：准备取向电工钢板的步骤；在取向电工钢板的一表面上，沿与轧制方向交叉的方向照射激光，以形成沟槽的步骤；以及在取向电工钢板的另一表面上，沿与轧制方向交叉的方向照射激光，以形成热冲击部的步骤，将沟槽以钢板的厚度中心对称地投影到另一表面上的虚拟线和热冲击部之间的间距为1mm以下。
在形成沟槽的步骤中，激光的能量密度可以为0.5至2J/mm2，在形成热冲击部的步骤中，激光的能量密度可以为0.05至0.2J/mm2。
在形成沟槽的步骤中，激光在钢板轧制垂直方向上的光束长度可以为300至5000μm，激光在钢板轧制方向上的光束宽度可以为10至200μm。
在形成热冲击部的步骤中，激光在钢板轧制垂直方向上的光束长度可以为1500至10000μm，激光在钢板轧制方向上的光束宽度可以为100至1000μm。
根据本发明的另一实施例的取向电工钢板的磁畴细化方法，还可以包括在钢板的表面上形成绝缘膜层的步骤。
在形成沟槽的步骤之后，还可以包括在钢板的表面上形成绝缘膜层的步骤。
发明效果
根据本发明的一个示例性实施方案，通过结合永久磁畴细化方法和临时磁畴细化方法，可以将磁畴细化成最小尺寸。
另外，通过结合永久磁畴细化方法和临时磁畴细化方法结合，可以改善铁损。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的取向电工钢板的截面(TD面)的示意图。
图2是根据本发明一实施例的取向电工钢板的轧制面(ND面)的示意图。
图3是根据本发明的另一实施例的取向电工钢板的截面(TD面)的示意图。
图4是根据本发明一实施例的激光束的形状的示意图。
具体实施方式
本文中术语第一、第二、第三等用于描述各种部分、成分、区域、层和/或段，但这些部分、成分、区域、层和/或段不应该被这些术语限制。这些术语仅用于区分某一部分、成分、区域、层和/或段与另一部分、成分、区域、层和/或段。因此，在不脱离本发明的范围内，下面描述的第一部分、成分、区域、层和/或段也可以被描述为第二部分、成分、区域、层和/或段。
本文所使用的术语只是出于描述特定实施例，并不意在限制本发明。除非上下文中另给出明显相反的含义，否则本文所使用的单数形式也意在包括复数形式。还应该理解的是，术语“包括”可以具体指某一特性、领域、整数、步骤、动作、要素及/或成分，但并不排除其他特性、领域、整数、步骤、动作、要素、成分及/或组的存在或附加。
如果某一部分被描述为在另一个部分之上，则可以直接在另一个部分上面或者其间存在其他部分。当某一部分被描述为直接在另一个部分上面时，其间不会存在其他部分。
虽然没有另作定义，但本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义与所属领域的技术人员通常理解的意思相同。对于辞典里面有定义的术语，应该被解释为具有与相关技术文献和本文中公开的内容一致的意思，而不应该以理想化或过于正式的含义来解释它们的意思。
下面详细描述本发明的实施例，以使本发明所属领域的普通技术人员容易实施本发明。本发明能够以各种不同方式变形实施，并不局限于本文所述的实施例。
图1和图2示出了通过本发明的一实施例完成磁畴细化的取向电工钢板10的示意图。
如图1和图2所示，根据本发明一实施例的取向电工钢板10，其包括在电工钢板的一表面11上，沿与轧制方向(RD方向)交叉的方向形成的线状沟槽20；以及在电工钢板的一表面11上，沿与轧制方向交叉的方向形成的线状热冲击部30，沟槽20和热冲击部30之间的间距g为1mm以下。
根据本发明的一实施例，通过同时形成沟槽20和热冲击部30，可以使磁畴细化成最小尺寸，这样的结果可以改善铁损。当用激光形成沟槽20时，足以产生铁粉的强大能量汇聚，因此周围的温度上升很高。对该周围照射用于形成热冲击部30的激光时，沟槽20周围受热，冷却时发生热收缩。由于热收缩，拉伸应力会作用于钢板10上。结果，这种张力会减小磁畴的尺寸。另外，由于形成沟槽20而产生的自由表面会产生静磁能表面电荷，以形成闭合曲线，并且根据不同的机理同时产生两种效果，两种效果的协同效应进一步降低铁损。
在图1中，将沟槽20和热冲击部30之间的间距表示为g。沟槽20和热冲击部30之间的间距g可以为1mm以下。当间距g增加时，可能无法获得进一步减少铁损的预期效果，反而会形成不良磁畴成为阻碍减少铁损的因素。更具体地，沟槽20和热冲击部30之间的间距g可以为1μm至0.5mm。更具体地，沟槽20和热冲击部30之间的间距g可以为0.1至0.45mm。
如图1所示，当形成多个沟槽20和多个热冲击部30时，将任意沟槽20和最靠近该沟槽20的热冲击部30之间的间距作为间距g。另外，当形成多个沟槽20和多个热冲击部30时，每个间距g之间的平均值可以满足前述的范围。另外，在本发明的一实施例中，由于沟槽20和热冲击部30在轧制方向(RD方向)上存在厚度范围，因此间距是指沟槽20中心线和热冲击部30的中心线之间的间距g。
如图1所示，沟槽20是指钢板表面的一部分被激光照射去除的部分。在图1中，沟槽20的形状为楔形，但这只是示例而已，可以形成为正方形、梯形、U字形、半圆形、W形等各种形状。
沟槽20的深度可以为钢板厚度的1至10％。如果沟槽20的深度过浅，则难以获得适当的铁损改善效果。如果沟槽的深度过深，则强大的激光照射导致钢板10的组织特性大大改变，从而形成大量的***和飞溅物，可能会导致磁性变差。因此，可以将沟槽20的深度控制成前述的范围。
如图1所示，沿轧制方向(RD方向)形成多个沟槽20，沟槽20之间的间距d1可以为1.5至10mm。如果沟槽20之间的间距过窄或过宽，则可能无法获得适当的铁损改善效果。更具体地，沟槽20之间的间距d1可以为2至5mm。在图1中，沟槽20之间的间距表示为d1。更具体地，沟槽20之间的间距d1是指沟槽20中心线之间的间距。
与沟槽20不同，在外观上，热冲击部30与其他钢板表面没有区别。热冲击部30是在5％以上的盐酸浓度下浸渍10分钟以上时被蚀刻成槽状的部分，可以与其他钢板表面部分区分。
如图1所示，可以沿轧制方向(RD方向)形成多个热冲击部30。此时，热冲击部30之间的间距d2可以为沟槽20之间的间距d1的1至5倍(整数倍)。例如，当热冲击部30之间的间距d2为沟槽20之间的间距d1的1倍时，每个沟槽20会形成一个热冲击部30。当热冲击部30之间的间距d2为沟槽20之间的间距d1的2倍时，每个沟槽20会形成两个热冲击部30。图1和图2示出了热冲击部30之间的间距d2为沟槽20之间的间距d1的2倍的情形，图3示出了热冲击部30之间的间距d2为沟槽20之间的间距d1的1倍的情形。
图3示出了根据本发明的另一实施例的取向电工钢板10的示意图。
如图3所示，根据本发明的另一实施例的取向电工钢板10，其包括：在电工钢板的一表面11上，沿与轧制方向交叉的方向形成的线状沟槽20；以及在电工钢板的另一表面12上，沿与轧制方向交叉的方向形成的线状热冲击部30，将沟槽20以钢板的厚度中心对称地投影到另一表面上的虚拟线和热冲击部30之间的间距g为1mm以下。
本发明的另一实施例是将沟槽20形成在一表面11上，而热冲击部30形成在另一表面12上，除此之外，本发明的另一实施例与图1相同。另外，沟槽20和热冲击部30之间的间距g是基于将沟槽20以钢板的厚度中心对称地投影到另一表面上的虚拟线控制虚拟线和热冲击部30之间的间距g。除了将热冲击部30形成在另一表面12之外，与本发明的一实施例描述相同，因此省略重复的描述。
另外，本发明的一实施例也包括两个表面上都形成沟槽20或者两个表面上都形成热冲击部30，并没有排除这些情形。
根据本发明一实施例的取向电工钢板的磁畴细化方法，其包括：准备取向电工钢板10的步骤；在取向电工钢板的一表面11上，沿与轧制方向交叉的方向照射激光，以形成沟槽20的步骤；以及在取向电工钢板的一表面11上，沿与轧制方向交叉的方向照射激光，以形成热冲击部30的步骤。
首先，准备取向电工钢板10。本发明的一实施例中，取向电工钢板的特征在于，磁畴细化方法以及所形成的沟槽20和热冲击部30的形状，而作为磁畴细化对象的取向电工钢板可以不受限制地使用任何取向电工钢板。尤其，无论取向电工钢板的合金组分如何，都会发挥本发明的效果。因此，省略对取向电工钢板的合金组份的详细描述。
在本发明的一实施例中，取向电工钢板可使用通过热轧和冷轧从板坯轧制成预定厚度的取向电工钢板。
接下来，在取向电工钢板的一表面11上，沿与轧制方向(RD方向)交叉的方向照射激光，以形成沟槽20。
此时，激光的能量密度(Ed)可以为0.5至2J/mm2。当能量密度过小时，不能形成具有适当深度的沟槽20，难以获得铁损改善效果。相反，当能量密度过大时，将会形成深度过厚的沟槽20，难以获得铁损改善效果。
图4示出了激光束的形状的示意图。在形成沟槽的步骤中，激光在钢板的轧制垂直方向(TD方向)上的光束长度L可以为300至5000μm。如果轧制垂直方向(TD方向)上的光束长度L过短，则照射激光的时间过短，无法形成适当的沟槽，难以获得铁损改善效果。相反，如果轧制垂直方向(TD方向)上的光束长度L过长，则照射激光的时间过长，将会形成深度过厚的沟槽20，难以获得铁损改善效果。
激光在钢板轧制方向(RD方向)上的光束宽度W可以为10至200μm。如果光束宽度W过短或过长，则沟槽20的宽度会变短或变长，可能无法获得适当的磁畴细化效果。
另外，相对于钢板的轧制垂直方向(TD方向)，可以不连续地形成2个至6个沟槽20和热冲击部30，并且相对于轧制方向(RD方向)呈82°至98°角，可根据这种形状照射激光束。
对激光束的种类没有特别限制，可使用单光纤激光(single fiber laser)。
接下来，在取向电工钢板的一表面11上，沿与轧制方向(RD方向)交叉的方向照射激光，以形成热冲击部30。
此时，激光的能量密度(Ed)可以为0.05至0.2J/mm2。如果能量密度过小，则无法形成适当的热冲击部30，难以获得铁损改善效果。相反，如果能量密度过大，则钢板表面会受损，难以获得铁损改善效果。
在形成热冲击部的步骤中，激光在钢板的轧制垂直方向(TD方向)上的光束长度L可以为1500至10000μm，激光在钢板轧制方向(RD方向)上的光束宽度W可以为100至1000μm。
前述的形成沟槽20的步骤和形成热冲击部30的步骤不受时间的前后限制。具体地，在形成沟槽20的步骤之后，可以进行形成热冲击部30的步骤。或者在形成热冲击部30的步骤之后，可以进行形成沟槽20的步骤。
根据本发明一实施例的取向电工钢板的磁畴细化方法，其还可以包括形成绝缘膜层的步骤。在准备取向电工钢板的步骤之后、在形成沟槽的步骤之后、或者在形成热冲击部的步骤之后，可以包括形成绝缘膜层的步骤。更具体地，在形成沟槽的步骤之后，可以包括形成绝缘膜层的步骤。在形成沟槽之后形成绝缘膜层时，优点是绝缘涂覆进行一次即可。
本发明对于形成绝缘膜层的方法没有特别的限制，例如，可通过涂覆包含磷酸盐的绝缘涂覆液的方式来形成绝缘膜层。作为这种绝缘涂覆液，优选使用包含胶态二氧化硅和金属磷酸盐的涂覆液。此时，金属磷酸盐可以为Al磷酸盐、Mg磷酸盐或它们的组合，相对于绝缘涂覆液的重量，Al、Mg或它们的组合的含量可大于等于15重量％。
根据本发明的另一实施例的取向电工钢板的磁畴细化方法，其包括：准备取向电工钢板10的步骤；在取向电工钢板的一表面11上，沿与轧制方向交叉的方向照射激光，以形成沟槽20的步骤；以及在取向电工钢板的另一表面12上，沿与轧制方向交叉的方向照射激光，以形成热冲击部30的步骤，将沟槽20以钢板的厚度中心对称地投影到另一表面12上的虚拟线和热冲击部30之间的间距为1mm以下。
除了在钢板的另一表面12上进行用于形成热冲击部30的激光照射之外，本发明的另一实施例的取向电工钢板的磁畴细化方法与前述的方法相同，因此省略重复的描述。
下面通过实施例进一步详细描述本发明。然而，下述实施例只是用于例示本发明，本发明不限于下述实施例。
实验例1：沟槽和热冲击线之间的间距
准备经过冷轧的厚度为0.20mm的取向电工钢板。在该电工钢板的一表面上，通过使用连续光纤(Fiber)激光器，并且用铜(copper)镜照射激光，以形成沟槽。激光束的宽度W为50μm，激光束的长度L为5000μm。激光的能量密度为1.5J/mm2，沟槽的深度为10μm。
以下表1中整理的沟槽之间的间距d1形成沟槽，并形成绝缘膜。
随后，在电工钢板的一表面或者另一表面使用连续光纤激光器，并且用铜(copper)镜照射激光，以形成热冲击线。激光束的宽度W为500μm，激光束的长度L为10000μm。激光的能量密度为0.1J/mm2。
以下表1中整理的热冲击线之间的间距d2形成热冲击线，并将沟槽和热冲击线之间的平均间距g整理于表1中。
在下表1中示出铁损改善率。对于铁损改善率，在测定照射激光形成沟槽之前的电工钢板的铁损(W1)和照射激光形成沟槽之后的铁损(W2)后，通过(W1-W2)/W1来计算出铁损改善率。当磁通密度值为1.7特斯拉(Tesla)时，以频率为50Hz时的铁损值(W17/50)来测定铁损。
【表1】
Figure BDA0002558775140000111
Figure BDA0002558775140000121
如表1所示，与实施例相比，未形成热冲击线的比较例1和距离沟槽1mm以上形成热冲击线的比较例2的铁损改善率差。
在实施例中，沟槽和热冲击线之间的平均间距g越小，铁损改善率越优异，即使每两个沟槽形成热冲击线或者在沟槽的相对侧形成热冲击线，对铁损改善率也没有显著影响。
实验例2：沟槽深度
准备经过冷轧的厚度为0.20mm的取向电工钢板。在电工钢板的一表面上，通过使用连续光纤(Fiber)激光器，并用铜(copper)镜子照射激光，以形成沟槽。激光束的宽度W是50μm，激光束的长度L是5000μm。激光的能量密度和沟槽的深度分别变更为下表2中所示的值。
以下表2中整理的沟槽之间的间距d1形成沟槽，并形成绝缘膜。
以与下述沟槽之间的间距d1相同的热冲击线之间的间距d2在钢板的一表面上形成热冲击线，并且沟槽和热冲击线之间的平均间距g调整为0.7至0.8mm。
【表2】
Figure BDA0002558775140000122
Figure BDA0002558775140000131
如表2所示，即使沟槽之间的间距增加，随着沟槽的深度增加，铁损改善率增加。
本发明能以各种不同方式实施并不局限于所述的实施例，本发明所属领域的普通技术人员可以理解在不变更本发明的技术思想或必要特征的情况下通过其他具体方式能够实施本发明。因此，应该理解上述的实施例是示例性的，而不是用来限制本发明的。
符号说明
10：取向电工钢板 11：钢板的一表面
12：钢板的另一表面 20：沟槽
30：热冲击部

Claims (11)

1.一种取向电工钢板，其包括：
在电工钢板的一表面上，沿与轧制方向交叉的方向形成的线状沟槽；以及
在所述电工钢板的一表面上，沿与轧制方向交叉的方向形成的线状热冲击部,
所述沟槽和所述热冲击部的间距为1mm以下，
其中所述热冲击部在5％的浓度的盐酸中浸渍10分钟时被蚀刻成槽状，可以与其他钢板表面部分区分。
2.一种取向电工钢板，其包括：
在电工钢板的一表面上，沿与轧制方向交叉的方向形成的线状沟槽；以及
在所述电工钢板的另一表面上，沿与轧制方向交叉的方向形成的线状热冲击部,
将所述沟槽以钢板的厚度中心对称地投影到所述另一表面上的虚拟线和所述热冲击部的间距为1mm以下，
其中所述热冲击部在5％的浓度的盐酸中浸渍10分钟时被蚀刻成槽状，可以与其他钢板表面部分区分。
3.根据权利要求1或2所述的取向电工钢板,其中，
所述沟槽的深度为钢板厚度的1至10％。
4.根据权利要求1或2所述的取向电工钢板,
所述沟槽形成多个，所述沟槽之间的间距为1.5至10mm。
5.根据权利要求4所述的取向电工钢板,
所述热冲击部形成多个，所述热冲击部之间的间距为所述沟槽之间的间距的1至5倍。
6.一种取向电工钢板的磁畴细化方法，其包括：
准备取向电工钢板的步骤；
在所述取向电工钢板的一表面上，沿与轧制方向交叉的方向照射激光，以形成沟槽的步骤；以及
在所述取向电工钢板的一表面上，沿与轧制方向交叉的方向照射激光，以形成热冲击部的步骤,
所述沟槽和热冲击部的间距为1mm以下，
其中在形成所述沟槽的步骤中，所述激光的能量密度为0.5至2J/mm2，在形成所述热冲击部的步骤中，所述激光的能量密度为0.05至0.2J/mm2。
7.一种取向电工钢板的磁畴细化方法，其包括：
准备取向电工钢板的步骤；
在所述取向电工钢板的一表面上，沿与轧制方向交叉的方向照射激光，以形成沟槽的步骤；以及
在所述取向电工钢板的另一表面上，沿与轧制方向交叉的方向照射激光，以形成热冲击部的步骤,
将所述沟槽以钢板的厚度中心对称地投影到所述另一表面上的虚拟线和所述热冲击部的间距为1mm以下，
其中在形成所述沟槽的步骤中，所述激光的能量密度为0.5至2J/mm2，在形成所述热冲击部的步骤中，所述激光的能量密度为0.05至0.2J/mm2。
8.根据权利要求6或7所述的取向电工钢板的磁畴细化方法，其中，
在形成所述沟槽的步骤中，所述激光在钢板轧制垂直方向上的光束长度为300至5000μm，所述激光在钢板轧制方向上的光束宽度为10至200μm。
9.根据权利要求8所述的取向电工钢板的磁畴细化方法，其中，
在形成所述热冲击部的步骤中，所述激光在钢板轧制垂直方向上的光束长度为1500至10000μm，所述激光在钢板轧制方向上的光束宽度为100至1000μm。
10.根据权利要求6或7所述的取向电工钢板的磁畴细化方法，其还包括：
在所述钢板的表面上形成绝缘膜层的步骤。
11.根据权利要求10所述的取向电工钢板的磁畴细化方法,其还包括：
在形成所述沟槽的步骤之后，在所述钢板的表面上形成绝缘膜层的步骤。
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