專利名稱：一種取向硅鋼多次激光刻槽降低鐵損的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及取向硅鋼生產(chǎn)方法，具體地指一種多次激光刻槽降低取向硅鋼鐵損的方法。
背景技術(shù)：
取向硅鋼片主要用作變壓器的鐵芯材料。降低取向硅鋼片的鐵損可以減少變壓器工作過程中的能量損耗，這對(duì)于節(jié)能減排是非常重要的。取向硅鋼片的鐵損由磁滯損耗和渦流損耗構(gòu)成，渦流損耗又分為經(jīng)典渦流損耗和異常渦流損耗。異常渦流損耗是以磁疇壁的移動(dòng)為基礎(chǔ)的渦流損失，與磁疇壁的移動(dòng)速率成正比，在相同頻率下，磁疇壁的移動(dòng)速率與移動(dòng)距離成正比，所以磁疇寬度越大，渦流損失也越大。在工頻狀態(tài)下，異常渦流損耗約占鐵損的一半左右，隨著取向硅鋼片的不斷進(jìn)步，其所占的比例還在不斷增大。·
為了降低異常渦流損耗，科研人員一般采用減小取向硅鋼片主疇寬度的方法。如日本專利特開昭58-26405，提出了一種通過激光照射減小主疇寬度、降低鐵損的方法，其通過激光照射的熱沖擊作用在照射區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力從而細(xì)化磁疇。這種方法的缺陷是激光照射產(chǎn)生的應(yīng)力經(jīng)過去應(yīng)力退火后會(huì)消失，從而失去磁疇細(xì)化的效果，因此這種方法不適合用作卷繞鐵芯的取向硅鋼片。另有一些可以經(jīng)受去應(yīng)力退火的磁疇細(xì)化技術(shù)已經(jīng)被提出，這些技術(shù)是在取向硅鋼片表面垂直于軋制的方向引入與基體磁導(dǎo)率不同的線狀或點(diǎn)線狀區(qū)域，其具體方案包括如下幾類齒狀輥壓痕形成線狀刻槽的方法(參見日本發(fā)明專利特開昭63-44804);通過化學(xué)刻蝕在表面形成線坑的方法(參見美國(guó)發(fā)明專利US4750949);采用Q開關(guān)二氧化碳激光器在表面形成由一系列的坑組成的刻槽的方法(參見日本發(fā)明專利特開平7-220913);此外還有通過激光照射在取向硅鋼片表面形成熔融重凝固層的方法。對(duì)于上述機(jī)械壓痕方法而言，取向硅鋼片較高的硬度將導(dǎo)致齒輥在使用很短時(shí)間后就磨損，需要頻繁維護(hù)。對(duì)于上述化學(xué)刻蝕方法而言，需要在刻蝕前施加掩膜，刻蝕后再去掉掩膜，其工藝比機(jī)械壓痕方法還要復(fù)雜，而且取向硅鋼片的磁感降低嚴(yán)重。對(duì)于上述Q開關(guān)二氧化碳激光器照射方法和在取向硅鋼片表面形成熔融重凝固層的方法而言，雖然沒有前兩種方法維護(hù)頻繁、工藝復(fù)雜的問題，但Q開關(guān)二氧化碳激光器照射位置的熱輸入過高，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)取向硅鋼片產(chǎn)生井狀形變，從而導(dǎo)致其疊片系數(shù)降低，而在表面形成熔融重凝固層對(duì)取向硅鋼片的板形破壞較大，其鐵損降低的幅度不理想。為了解決上述幾類技術(shù)方案存在的問題，歐洲發(fā)明專利EP0992591提出了一種通過激光照射在取向硅鋼片兩面都形成刻槽的方法，但這種方法需要將兩面對(duì)應(yīng)刻槽的位置偏差控制在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，這在實(shí)際生產(chǎn)上是很難實(shí)現(xiàn)的。中國(guó)專利號(hào)為ZL201010562949. 2的專利文獻(xiàn)，其采用的使單面一次刻刻槽方式，其存在的不足是難以實(shí)現(xiàn)刻槽的深度及寬度要求，導(dǎo)致所刻刻槽的形貌不穩(wěn)定，鐵損改善幅度難以保證，尤其當(dāng)來料厚度、晶粒尺寸及涂層厚度有波動(dòng)時(shí)，刻槽后產(chǎn)品磁性就會(huì)產(chǎn)生不均勻，甚至?xí)夯?，不能滿足用戶要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種能使取向硅鋼板所刻刻槽的形貌穩(wěn)定，保持磁感不變，且鐵損根據(jù)板厚現(xiàn)有的水平下降至少8%，經(jīng)在800°C、2小時(shí)消除應(yīng)力退火后其鐵損降低效果不會(huì)消失的多次激光刻槽降低取向硅鋼鐵損的方法。實(shí)現(xiàn)上述目的技術(shù)措施
一種取向娃鋼多次激光刻槽降低鐵損的方法
刻槽的參數(shù)刻槽的目標(biāo)深度用d表示，刻槽的目標(biāo)寬度用w表示，控制刻槽的目標(biāo)深度d在5 30μηι ;控制25 μ m < w_d ^ 40 μ m ；每相鄰兩刻槽之間的間隙為3 6mm ;刻槽的形狀為線狀或點(diǎn)線狀，刻槽與刻槽之間為平行的；刻槽與鋼板軋制方向成80° 90 ° 刻槽；
其刻槽步驟
1)進(jìn)行預(yù)刻刻槽對(duì)經(jīng)退火后的冷軋取向硅鋼板的單面采用激光束預(yù)刻成線狀或點(diǎn)線狀刻槽，其預(yù)刻刻槽的深度為目標(biāo)刻槽深度的30 50%，預(yù)刻刻槽的寬度為目標(biāo)刻槽寬度的60 80% ;相鄰兩刻槽之間的間隙為3 6mm ；
2)進(jìn)行精刻刻槽采用激光束對(duì)經(jīng)預(yù)刻后線狀或點(diǎn)線狀刻槽進(jìn)行再次刻制，使其深度d及寬度w達(dá)到目標(biāo)值。其特征在于當(dāng)進(jìn)行精刻后未達(dá)到目標(biāo)值的，進(jìn)行再次精刻，直至達(dá)到目標(biāo)值。其特征在于所述激光束，其光斑直徑為D=7 13ym、照射點(diǎn)峰值功率密度N=IO8 109W/cm2、激光平均輸出功率J與激光束掃描線速度V之比J/V=0. 005、. 1，其中激光平均輸出功率J的單位是W，激光束掃描線速度V的單位是mm/s。以下對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的作用機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)說明通過激光精確刻槽在取向硅鋼片表面形成上述設(shè)計(jì)角度、間距、深度和寬度的線狀或點(diǎn)線狀刻槽后，可起到阻斷磁通的作用，有利于自由磁極的產(chǎn)生，在平行的線狀或點(diǎn)線狀刻槽間張力的作用下，自由磁極長(zhǎng)大成180°疇，從而使磁疇得以細(xì)化。試驗(yàn)表明經(jīng)過本發(fā)明處理在取向硅鋼片表面所形成的刻槽，在800°C、2小時(shí)消除應(yīng)力退火后也不會(huì)消失。如果線狀或點(diǎn)線狀刻槽的間距d < 3_，由內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的晶體缺陷導(dǎo)致的磁滯損耗的增加將會(huì)大于磁疇細(xì)化導(dǎo)致的渦流損耗的降低，這樣不但對(duì)鐵損降低的效果不明顯，還會(huì)導(dǎo)致磁感的降低。如果線狀或點(diǎn)線狀刻槽的間距d > 6_，所產(chǎn)生的張應(yīng)力將不足以形成足夠多的180°疇，鐵損降低的效果也不好。由于取向硅鋼片的〈001〉方向與軋制方向有一定的傾角，因此180°疇并非平行于軋制方向，而是相應(yīng)地與軋制方向有一定的傾角。由于磁疇細(xì)化是通過線狀或點(diǎn)線狀刻槽之間的張力產(chǎn)生的，張力的方向相應(yīng)地要與軋制方向成一定的傾角。根據(jù)取向硅鋼片的晶體學(xué)方向，使線狀或點(diǎn)線狀刻槽與取向硅鋼片軋制方向成一定的夾角α更有利于得到好的刻槽效果。但如果這個(gè)夾角α <80°，不但不利于增加張力，而且還會(huì)有很多非180°疇產(chǎn)生，導(dǎo)致取向硅鋼片的磁性惡化。線狀或點(diǎn)線狀刻槽的刻槽深度d和刻槽寬度w也必須控制在一定的范圍內(nèi)。如果刻槽深度d< 5μπι，將不能產(chǎn)生足夠的張應(yīng)力，從而使取向硅鋼片在去應(yīng)力退火后的鐵損降低效果不顯著；如果刻槽深度d > 30μπι，將導(dǎo)致取向硅鋼片板型破壞，疊片系數(shù)降低。本發(fā)明通過激光往復(fù)式掃描在取向硅鋼片的單面形成一系列平行布置的線狀或點(diǎn)線狀刻槽，實(shí)現(xiàn)了刻槽形貌穩(wěn)定的控制，尤其是刻槽深度和刻槽寬度的精確控制，鐵損根據(jù)板厚現(xiàn)有的水平下降至少8%，達(dá)到了既不破壞取向硅鋼片板型又可明顯降低鐵損的目的。其鐵損降低效果經(jīng)在80(TC、2小時(shí)消除應(yīng)力退火后其鐵損降低效果未消失，疊片系數(shù)也未降低，磁感基本上未惡化。同時(shí)，采用激光束照射刻槽的工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)上易于控制。
圖I為刻槽形貌示意圖
圖2為刻槽次數(shù)與刻槽寬度深度之差的關(guān)系3為刻槽速率與刻槽寬度深度差和鐵損改善幅度的關(guān)系示意中d—表示刻槽深度，單位為μπι，w—表示刻槽寬度，單位為μπι，t 一表示鋼板厚度，單位為mm，N 一表不刻槽次數(shù)，V一表不激光束掃描線速度，單位為mm/s, Δ P17/50一表不鐵損改善率(%)，Δ P17750=(刻槽前P17/5Q-刻槽并消應(yīng)力退火后P17/5Q)/刻槽前P17/5QX 100%。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)描述
以下實(shí)施例所采用的激光束的參數(shù)光斑直徑為0=7 13μπι、照射點(diǎn)峰值功率密度N=IO8 109W/cm2、激光平均輸出功率J與激光束掃描線速度V之比J/V=0. 005、. 1，其中激光平均輸出功率J的單位是W，激光束掃描線速度V的單位是mm/s。實(shí)施例I
一種取向娃鋼多次激光刻槽降低鐵損的方法
刻槽的參數(shù)刻槽的目標(biāo)深度d為5 μ m ;根據(jù)此限定式25 μ m彡w-d彡40 μ m,則刻槽的目標(biāo)寬度w為35 μ m ;每相鄰兩刻槽之間的間隙為4mm ;刻槽的形狀為線狀，刻槽與刻槽之間為平行的；刻槽與鋼板軋制方向成80° ；
試驗(yàn)的取向硅鋼板的厚度為O. 265_，其現(xiàn)有的鐵損水平為O. 95ff/kg ；
其刻槽步驟
O進(jìn)行預(yù)刻刻槽對(duì)經(jīng)退火后的冷軋取向硅鋼板的單面采用激光束預(yù)刻成線狀刻槽，其預(yù)刻刻槽的深度為目標(biāo)刻槽深度d為5 μ m的40%，即加工深度為2. O μ m，預(yù)刻刻槽的寬度為目標(biāo)刻槽寬度w為35 μ m的60%,即加工寬度為21 μ m ;相鄰兩刻槽之間的間隙為4mm ；2)進(jìn)行精刻刻槽采用激光束對(duì)經(jīng)預(yù)刻后線狀刻槽進(jìn)行再次刻制，使其深度d達(dá)到5 μ m,寬度w達(dá)至丨J 35 μ m。經(jīng)檢測(cè)，刻槽形貌穩(wěn)定，且經(jīng)刻槽后的鐵損為O. 86W/kg，比現(xiàn)有的鐵損水平
O.95ff/kg降低了 9. 5% ;磁感為I. 92T ;經(jīng)在800°C、2小時(shí)消除應(yīng)力退火后其鐵損降低效果未消失。實(shí)施例2
一種取向娃鋼多次激光刻槽降低鐵損的方法
其刻槽步驟
刻槽的參數(shù)刻槽的目標(biāo)深度d為15 μ m ;根據(jù)此限定式25 μ m彡w-d彡40 μ m,則刻槽的目標(biāo)寬度w為40 μ m ;每相鄰兩刻槽之間的間隙為3mm ;刻槽的形狀為點(diǎn)線狀，刻槽與刻槽之間為平行的；刻槽與鋼板軋制方向成83° ；試驗(yàn)的取向硅鋼板的厚度為O. 22_，其現(xiàn)有的鐵損水平為O. 85ff/kg ；
O進(jìn)行預(yù)刻刻槽對(duì)經(jīng)退火后的冷軋取向硅鋼板的單面采用激光束預(yù)刻成點(diǎn)線狀刻槽，其預(yù)刻刻槽的深度為目標(biāo)刻槽深度d為15 μ m的30%，即加工深度為4. 5 μ m，預(yù)刻刻槽的寬度為目標(biāo)刻槽寬度w為40 μ m的70%，即加工寬度為28 μ m ;相鄰兩刻槽之間的間隙為3mm ；
2)進(jìn)行精刻刻槽采用激光束對(duì)經(jīng)預(yù)刻后點(diǎn)線狀刻槽進(jìn)行再次刻制，使其深度d達(dá)到15 μ m,寬度w達(dá)至丨J 40 μ m。經(jīng)檢測(cè)，刻槽形貌穩(wěn)定，鐵損為O. 76ff/kg，比現(xiàn)有的鐵損水平O. 85ff/kg降低了
10.6% ;磁感為I. 91T ;經(jīng)在800°C、2小時(shí)消除應(yīng)力退火后其鐵損降低效果未消失。實(shí)施例3
一種取向娃鋼多次激光刻槽降低鐵損的方法
刻槽的參數(shù)刻槽的目標(biāo)深度d為25 μ m ;根據(jù)此限定式25 μ m彡w-d彡40 μ m,則刻槽的目標(biāo)寬度w為65 μ m ;每相鄰兩刻槽之間的間隙為6mm ;刻槽的形狀為線狀，刻槽與刻槽之間為平行的；刻槽與鋼板軋制方向成88° ；
試驗(yàn)的取向硅鋼板的厚度為O. 285mm，其現(xiàn)有的鐵損水平為I. 02ff/kg ；
其刻槽步驟
O進(jìn)行預(yù)刻刻槽對(duì)經(jīng)退火后的冷軋取向硅鋼板的單面采用激光束預(yù)刻成線狀刻槽，其預(yù)刻刻槽的深度為目標(biāo)刻槽深度d為25 μ m的45%，即加工深度為11. 25 μ m,預(yù)刻刻槽的寬度為目標(biāo)刻槽寬度w為65 μ m的75%，即加工寬度為48. 75 μ m ;相鄰兩刻槽之間的間隙為6mm ；
2)進(jìn)行精刻刻槽采用激光束對(duì)經(jīng)預(yù)刻后線狀刻槽進(jìn)行再次刻制，使其深度d達(dá)到
25μ m,寬度w達(dá)至丨J 65 μ m。經(jīng)檢測(cè)，刻槽形貌穩(wěn)定，鐵損為O. 93ff/kg,比現(xiàn)有的鐵損水平I. 02ff/kg降低了
8.82% ;磁感為I. 93T ;經(jīng)在800°C、2小時(shí)消除應(yīng)力退火后其鐵損降低效果未消失。實(shí)施例4
一種取向娃鋼多次激光刻槽降低鐵損的方法
刻槽的參數(shù)刻槽的目標(biāo)深度d為30 μ m ;根據(jù)此限定式25 μ m彡w-d彡40 μ m,則刻槽的目標(biāo)寬度w為65 μ m ;每相鄰兩刻槽之間的間隙為5mm ;刻槽的形狀為線狀，刻槽與刻槽之間為平行的；刻槽與鋼板軋制方向成90° ；
取向硅鋼板的厚度為O. 265 mm ;其現(xiàn)有的鐵損水平為O. 95ff/kg ；
其刻槽步驟
O進(jìn)行預(yù)刻刻槽對(duì)經(jīng)退火后的冷軋取向硅鋼板的單面采用激光束預(yù)刻成線狀，刻槽，其預(yù)刻刻槽的深度為目標(biāo)刻槽深度d為30 μ m的50%，即加工深度為15 μ m,預(yù)刻刻槽的寬度為目標(biāo)刻槽寬度w為65 μ m的80%，即加工寬度為52 μ m ;相鄰兩刻槽之間的間隙為5mm ；
2)進(jìn)行精刻刻槽采用激光束對(duì)經(jīng)預(yù)刻后線狀或點(diǎn)線狀刻槽進(jìn)行再次刻制，使其深度d達(dá)到30 μ m,寬度w達(dá)到65 μ m。經(jīng)檢測(cè)，刻槽形貌穩(wěn)定，鐵損為O. 83ff/kg,比現(xiàn)有的鐵損水平O. 95ff/kg降低了12. 63% ;磁感為I. 94T ;經(jīng)在800°C、2小時(shí)消除應(yīng)力退火后其鐵損降低效果未消失。
當(dāng)進(jìn)行精刻后未達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，刻進(jìn)行再次精刻，直至達(dá)到目標(biāo)值。 上述實(shí)施例僅為最佳例舉，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。
權(quán)利要求
1.一種取向娃鋼多次激光刻槽降低鐵損的方法 刻槽的參數(shù)刻槽的目標(biāo)深度用d表示，刻槽的目標(biāo)寬度用W表示，控制刻槽的目標(biāo)深度d在5 30μηι ;控制25 μ m < w_d ^ 40 μ m ；每相鄰兩刻槽之間的間隙為3 6mm ;刻槽的形狀為線狀或點(diǎn)線狀，刻槽與刻槽之間為平行的；刻槽與鋼板軋制方向成80° 90 °刻槽； 其刻槽步驟 1)進(jìn)行預(yù)刻刻槽對(duì)經(jīng)退火后的冷軋取向硅鋼板的單面采用激光束預(yù)刻成線狀或點(diǎn)線狀刻槽，其預(yù)刻刻槽的深度為目標(biāo)刻槽深度的30 50%，預(yù)刻刻槽的寬度為目標(biāo)刻槽寬度的60 80% ;相鄰兩刻槽之間的間隙為3 6mm ； 2)進(jìn)行精刻刻槽采用激光束對(duì)經(jīng)預(yù)刻后線狀或點(diǎn)線狀刻槽進(jìn)行再次刻制，使其深度d及寬度w達(dá)到目標(biāo)值。
2.如權(quán)利要求I所述的一種取向硅鋼多次激光刻槽降低鐵損的方法，其特征在于當(dāng)進(jìn)行精刻后未達(dá)到目標(biāo)值的，進(jìn)行再次精刻，直至達(dá)到目標(biāo)值。
3.如權(quán)利要求I所述的一種取向娃鋼多次激光刻槽降低鐵損的方法，其特征在于其特征在于所述激光束，其光斑直徑為D=7 13 μ m、照射點(diǎn)峰值功率密度#108 1091/(^2、激光平均輸出功率J與激光束掃描線速度V之比J/V=0. 005、. 1，其中激光平均輸出功率J的單位是W，激光束掃描線速度V的單位是mm/s。
全文摘要
一種取向硅鋼多次激光刻槽降低鐵損的方法其步驟預(yù)刻刻槽對(duì)經(jīng)退火后的冷軋取向硅鋼板的單面采用激光束預(yù)刻成線狀或點(diǎn)線狀刻槽，其預(yù)刻刻槽的深度為目標(biāo)刻槽深度的30～50%，預(yù)刻刻槽的寬度為目標(biāo)刻槽寬度的60～80%；相鄰兩刻槽的間隙為3～6mm；精刻刻槽并使其深度d及寬度w達(dá)到目標(biāo)值。本發(fā)明通過激光往復(fù)式掃描在取向硅鋼片的單面形成一系列平行布置的線狀或點(diǎn)線狀刻槽，實(shí)現(xiàn)了刻槽形貌穩(wěn)定的控制，尤其是刻槽深度和刻槽寬度的精確控制，使鐵損根據(jù)板厚現(xiàn)有的水平下降至少8%，且不破壞板型又可明顯降低鐵損。其鐵損降低效果經(jīng)800℃、2小時(shí)消除應(yīng)力退火后未消失，疊片系數(shù)也未降低。
文檔編號(hào)B23K26/36GK102941413SQ20121047957
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者朱業(yè)超, 王向欣, 王若平, 郭小龍, 田文洲, 孫山, 陳衛(wèi)星, 張福斌, 林勇 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司