热稳取向硅钢制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种变压器、电机等铁芯的制作工艺，属于机械功能材料制造领域， 特别是一种热稳取向硅钢制造方法。
【背景技术】
[0002] 取向硅钢被誉为钢铁产品中的"艺术品"，主要用于制作变压器、电机等铁芯。鉴 于能源问题日趋严重和电力工业日益发展，不断改善取向硅钢性能，降低其铁芯损耗（简 称铁损），一直是备受关注的研究课题。
[0003] 现有技术中，降低硅钢铁损的技术方案主要有：
[0004] 1)取向硅钢加工方法：传统的取向硅钢制作工序为：含硅3%的铁硅合金是取向 硅钢的原料。通过如下的工艺操作得到：热乳扳坯、预先退火、第一次冷乳、中间退火、第二 次冷乳、最后高温退火，获得取向硅钢片。
[0005] 2)激光刻槽降低铁损工序为：所用激光：波长A=10. 6 ii m的远红外激光对经退 火后的冷乳取向硅钢板的单面采用激光束预刻成线状或点线状刻槽，形成一系列平行布 置的线状或点线状刻槽，可在取向硅钢片基础上进一步降低铁损水平。
[0006] 现有方案主要有以下缺点：
[0007] 1)传统的取向硅钢制作工序因为只有传统的热乳、冷乳、退火等工艺，可在无取向 硅钢基础上降低铁损水平5%左右，但降低幅度有限。
[0008] 2)使用波长人=10. 6ym的远红外激光刻槽工艺，可以在取向硅钢的基础上进一 步降低铁损水平，但由于其光子能量较低，可在取向硅钢基础上降低铁损水平5~7%，但 降低幅度仍有限。
[0009] 3)使用波长人=10. 6 y m的远红外激光刻槽工艺，可降低铁损水平5~7%，但模 拟恶劣工作环境，在500°C以上高温工作后，降低铁损效应消失，又恢复到刻痕前的状态， 属非热稳型降低铁损技术。
[0010] 4)使用波长入=10. 6 ym的远红外激光刻槽工艺，由于光子能量低，扫描速度为 5~50mm/s，加工效率低下。
[0011] 5)使用波长入=10. 6 y m的远红外激光刻槽工艺，由于扫描速度慢，存在热变形 问题。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的在于提供一种能够大幅度降低铁损的热稳取向硅钢制造方法，通过 本方法制造得到的热稳取向硅钢能够降低变压器、发动机、电机等电力设备的铁损，大幅节 约电力工业的能源耗费、节能减排。
[0013] 本发明的技术方案为：一种热稳取向硅钢制造方法，包括扫描步骤，所述的扫描步 骤是通过采用波长为343nm的紫外飞秒激光在取向硅钢片的单侧表面扫描，刻出多条垂直 于取向硅钢乳制方向的沟槽线。
[0014] 在上述的热稳取向硅钢制造方法中，沟槽线间的间隔距离为3. 5~6. 5mm。
[0015] 沟槽线的设置按照以下公式设定：
[0016] 高磁感取向娃钢的铁损计算公式为：
[0017]
[0018] 式中：PT为总铁损，Pe为总的涡流损耗，P，、的磁滞损耗。
[0019] t为板厚；f为频率；Bm为饱和磁感应强度；P为电阻率；丫为磁畴壁能量密度； C11为磁晶各向异性常数；M00为[100]晶向的磁致伸缩系数。2L为畴壁间距与晶粒沿 乳制方向的平均尺寸d'有如下关系：d' = 0.498C11A1M2(2L)2/y。
[0020] 普通硅钢片产品除2L之外的变量可视为常数，则PT的极值可由：
[0021]
[0022]
[0023]
[0024] 可见，可以通过相关的物理、化学加工方法使得磁畴主畴宽度减少，可以使总铁损 PT为极小值。
[0025] 将相关常数值(按L7T)、P = 47X10sQm;产品相关参数数值y = 1. 8X10 q/m'Cn: 2. 20869X10nJ/m3、人 100= 2. 73X 10 5,试样参数 t 代入，可计算出 2L0。
[0026] 再结合d' = 0. 498Cn A 1QQ2(2L。)2/ 丫，可以计算出最佳平均晶粒尺寸d。
[0027] 当t = 0.5,（1。= 0.498^入1M2(2U)7y~4. 162,而市售取向硅钢的平均晶 粒尺寸一般大于15mm，考虑到激光刻痕及应力场对晶粒细化的分布一般无法贯穿壁厚， 实际加工激光刻痕线的距离尺寸一般比d。小25%。此时单一沟槽线间的间隔距离d = 0. 85d〇^ 3. 53
[0028] 当t = 0. 35, d。~5. 557,此时单一沟槽线间的间隔距离d = 0. 85d。~4. 72
[0029] 当t = 0? 3, d。~5. 279,此时单一沟槽线间的间隔距离d = 0? 85d。~4. 48
[0030] 当t = 0? 25, d。~6. 606,此时单一沟槽线间的间隔距离d = 0? 85d。~5. 6
[0031] 当t = 0? 2, d。~7. 666,此时单一沟槽线间的间隔距离d = 0? 85d。~6. 5
[0032] 在上述的热稳取向硅钢制造方法中，所述的沟槽线由7~13条微观扫描线组构 成，同一沟槽线内的相邻两条微观扫描线组间距为11. 2~20. 8 ym。
[0033] 在上述的热稳取向硅钢制造方法中，所述的微观扫描线组所采用的紫外飞秒激光 扫描重复频率为5K。激光扫描重复频率的意思为：采用激光扫描硅钢片表面时，1秒钟内扫 描在娃钢片表面的激光脉冲次数。
[0034] 在上述的热稳取向硅钢制造方法中，紫外飞秒激光的扫描速度为70~130mm/s。
[0035] 在上述的热稳取向硅钢制造方法中，所述的紫外飞秒激光由扫描激光器产生，该 扫描激光器扫描时Q频率参数为20KHz，Q释放时间参数5 y s，电流26A。
[0036] 在上述的热稳取向硅钢制造方法中，所述的扫描步骤后，还包括酸蚀步骤：将取向 硅钢片使用30~35wt%的盐酸溶液对扫描后硅钢片进行完全浸泡处理，处理温度为室温， 处理时间为10~12分钟。
[0037] 在上述的热稳取向硅钢制造方法中，所述的酸蚀步骤结束后还包括水洗步骤：用 蒸馏水清洗取向硅钢片，然后用无水乙醇浸泡1~2分钟。
[0038] 在上述的热稳取向硅钢制造方法中，所述的水洗步骤结束后还包括烘干步骤。
[0039] 在上述的热稳取向硅钢制造方法中，在扫描步骤前，还包括预处理步骤和装夹固 定步骤，其中预处理步骤为将取向硅钢片用无水酒精擦洗干净，去除污渍，并烘干。
[0040] 本发明的有益效果如下：
[0041] 1、本发明的采用光子能量比较高的紫外飞秒激光，波长A = 〇. 343 ym，在取向娃 钢单面按使用紫外飞秒激光扫描的特殊工艺，进行汽化、融化、冲击处理，可降低铁损水平 7 ~10%〇
[0042] 2、本发明的采用光子能量比较高的紫外飞秒激光，扫描处理速度达到100mm/S，显 著提高生产效率，降低了生产成本。同时，处理速度的提高，杜绝了热变形问题，提高了成品 质量。
[0043] 3、本发明的酸蚀、水洗、烘干等步骤消除氧化表面、去除冲击应力。即使在模拟恶 劣工作环境，在500°C以上高温条件下工作10小时后，降低铁损效应不消失，属热稳型降低 铁损技术。
【具体实施方式】