一种电工钢板材及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力变压器用取向硅钢，具体涉及一种电工钢板材及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 近年来，人们尝试将更多的激光技术应用到细化磁畴技术研究中。Rauscher等使 用连续C0 2激光器和高能光纤激光器对取向硅钢片进行激光刻痕，高能光纤激光器使铁损 降低了大约13%，且硅钢片表面无损伤。杨玉玲等采用激光氮化方法对取向硅钢表面进行 局域线状氮化处理，研究了激光工艺参数对硅钢表面氮化物形成物的影响，发明了采用连 续C0 2激光的取向硅钢激光局域表面合金化方法，该法在降低铁损的同时显著改善了取向 硅钢的高温时效性。此方法的缺陷是工艺复杂且造价较高。
[0003] 作为改进，孙凤久等进一步提出了以连续C02激光氮化优化磁畴分布方法，在大气 气氛下，以合适的氮分子束与一定功率的聚焦连续C0 2激光束同时共轴垂直作用于硅钢表 面，可在相互作用区域形成具有高温稳定性的铁氮化合物，形成了可稳定优化细化主畴分 布的新晶界，全面的改善了取向硅钢的性能。这种工艺使〇. 23mm厚度的Z102牌号取向硅 钢片铁损降低达23%，工作温度高达1000°C。
[0004] 随后，具有耐热性的激光刻痕技术也获得了阶段性进展。昝森巍、朱虹等利用纳秒 和飞秒激光加工设备继续深化耐热激光刻痕技术试验，结果表明铁损值降低幅度随着紫外 飞秒激光扫描次数或扫描能量增加而逐渐增大。若进一步采用紫外飞秒激光-盐酸腐蚀方 式处理取向硅钢表面，可达到耐热性好及较高铁损降低幅度的效果。李海蛟等优化了 Nd : YAG激光刻痕的工艺参数，采用工作电流12A，激光频率3500Hz，刻痕速率800mm/s的最佳工 艺参数，可使120牌号取向硅钢的铁损降低9. 45%。同时研究了激光刻痕输入电流大小对 取向硅钢表面绝缘涂层的影响，并分析了刻痕后样品在500°C以上温度铁损值会回复升高。
[0005] 宝钢在发明专利中提出了一种在取向硅钢带钢上下表面同时进行激光刻痕的方 法，将高度聚焦的连续波激光束同时在运行的带钢上下表面进行划线，上下表面刻痕线采 用等间距交错的形式以保证刻痕效果均匀。
[0006] 然而，现有的激光刻痕技术不具耐热性，即经激光刻痕处理后的硅钢产品，无法对 其进行去应力退火处理，退火会造成其铁损上升，恢复至激光刻痕以前。现有技术无法实现 的刻痕电工钢产品不能应用于对卷铁心变压器或需要对硅钢产品进行弯曲的铁心进行退 火处理的领域。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种电工钢板材及其制备方法，克服了现有技术的不足得到 具有优异耐热性的激光刻痕电工钢板材产品。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0009] -种电工钢板材，所述电工钢板材包括板状电工钢基体、所述基体表面的刻痕沟 槽、所述刻痕沟槽表面分布的凹坑和固溶于所述基体表面的Na2Si03SNa2Si03 ? 9H20，所 述基体的厚度为〇? 1~2mm，即电工钢基体的厚度可为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，所述凹坑的直径为1~lOOnm， 即凹坑的直径可为 lnm，5nm，10nm，20nm，50nm，70nm 或 lOOnm 等。
[0010] 所述的电工钢板材的第一优选方案，所述电工钢基体的厚度为0. 18~0. 30mm。
[0011] 所述的电工钢板材的第二优选方案，所述电工钢基体的厚度为〇. 18mm。
[0012] 所述的电工钢板材的第三优选方案，所述刻痕沟槽的宽度为0. 05~0. 5mm，间隔 为1~2Ctam。刻痕沟槽的宽度可以为0? 05mm、0. 08謹、0? 1謹、0? 2謹、0? 3謹或0? 5謹等，间 隔可以为 1臟、2mm、4mm、5mm、8mm、10mm、12mm、15mm、16mm 或 20mm 等。
[0013] 所述的电工钢板材的第四优选方案，所述凹坑分布均匀。
[0014] 所述的电工钢板材的第五优选方案，所述凹坑的直径为20~lOOnm。
[0015] 所述的电工钢板材的第六优选方案，所述凹坑的直径为20nm。
[0016] 所述的电工钢板材的第七优选方案，所述凹坑的总面积占所述刻痕沟槽表面积的 20~70 %。凹坑的总面积可占所述刻痕沟槽表面积的20 %、30 %、40 %、50 %、60 %或70 % 等。
[0017] 所述的电工钢板材的第八优选方案，所述凹坑的总面积占所述刻痕沟槽表面积的 30%〇
[0018] -种所述的电工钢板材的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0019] 1)激光刻痕处理：采用0)2激光器或Nd-YAG激光器对电工钢基体进行激光刻痕处 理，得到具有刻痕沟槽的电工钢基体，未处理的电工钢基体为硅钢；
[0020] 2)NaOH溶液处理刻痕沟槽：腐蚀处理步骤1)所得刻痕沟槽，NaOH与所述刻痕沟槽 表面的Si02反应生成固溶于所述电工钢基体表面的Na#103或Na2Si03 ? 9H20,并于所述刻 痕沟槽表面原为Si02的位置形成凹坑；
[0021] 3)冲洗步骤2)所得电工钢板材并烘干。
[0022] 所述的电工钢板材的制备方法的第一优选技术方案，步骤2)所述的NaOH溶液处 理刻痕沟槽包括用NaOH溶液浸没电工钢基体或用NaOH溶液喷洒于电工钢基体表面。
[0023] 应理解，相比于现有的技术采用HC1等酸溶液，本发明采用NaOH溶液腐蚀刻痕沟 槽，NaOH溶液不与电工钢板材的基体中的Fe元素反应，有利于保证基体的平整和完整。尤 其是对于高规格的电工钢而言，现有技术采用的酸溶液腐蚀极易导致破坏电工钢板材的基 体。本发明采用NaOH溶液，可以实现对高规格的电工钢的刻痕沟槽的腐蚀，例如，0. 18mm电 工钢，甚至是〇? 15謹。
[0024] 所述的电工钢板材的制备方法的第二优选技术方案，步骤2)所述的NaOH溶液 处理刻痕沟槽的工艺条件包括：于常温下，以质量浓度为10~20 %的NaOH溶液腐蚀2~ 10min。NaOH溶液质量浓度可以为10%、12%、15%、17%或20%等，腐蚀时间可以为10min、 8min、6min、4min 或 2min 等。
[0025] 所述的电工钢板材的制备方法的第三优选技术方案，步骤2)所述的NaOH溶液处 理刻痕沟槽的工艺条件包括：将电工钢基体于50~150°C下保温3~10min，再以质量浓 度为0? 5~9. 9%的NaOH溶液腐蚀2~10min。加热温度可以为50°C、70°C、80°C、100°C、 120°C或150°C等。NaOH溶液质量浓度可以为0. 5%、1%、2%、5%、7%或9. 9%等，腐蚀时 间可以为 10min、8min、6min、4min 或 2min 等。
[0026] 应理解，现有技术中酸溶液腐蚀时由于溶液与电工钢板材的基体中的Fe元素反 应，因而一般不进行加热，以防酸溶液与Fe反应的加剧，腐蚀效率低。而本发明实施例的 NaOH溶液不与电工钢板材的基体中的Fe元素反应，因而可以对电工钢基体加热，以提高反 应速率从而提高腐蚀效率，从而提高工业生产效率。选择合适的NaOH溶液浓度以及加热温 度，可以得到很好的腐蚀效果和速率。将在下文中详细阐述。同样的，本发明还可以对NaOH 溶液进行加热，对此不作限定。
[0027] 此外，NaOH与刻痕沟槽表面的Si02g应生成Na 2Si03或Na 2Si03 ? 9H20,固溶于电 工钢基体表面，可以增强电工钢的绝缘性，有利于其应用于变压器中。同时，固溶于基体的 Na 2Si03S Na 2Si03 ? 9H20能够提高电工钢的强度。
[0028] 所述的电工钢板材的制备方法的第四优选技术方案，步骤2)所述的NaOH溶液 处理刻痕沟槽的工艺条件包括：将电工钢基体于80°C下保温3min，再以质量浓度为5%的 NaOH溶液腐蚀4min。
[0029] 所述的电工钢板材的制备方法的第五优选技术方案，步骤3)所述冲洗用弱酸性 溶液、中性盐溶液或清水，时间为2~4min ;所述烘干是于常温。
[0030] 应理解，本发明中，采用将NaOH溶液喷洒至电工钢板材的表面的方式，在实际的 工业生产中，溶液喷洒通过简单的设备即可实现，可以降低对生产场地大小和防护设施的 要求，降低生产成本。
[0031 ] 所述电工钢板材刻痕沟槽表面的凹坑分布的越均匀，其钉扎凹坑附近的位错的效 果越好，在电工钢加热时能够将铁损保持在较低水平。电工钢板材的规格为〇. 18mm厚，加 热温度80°C，NaOH溶液质量浓度5%，腐蚀时间6min条件下，腐蚀得到的电工钢板材的刻痕 沟槽的凹坑的尺寸（约为20nm)和分布最均匀。凹坑的总面积约占刻痕沟槽的表面的总面 积的30%。凹坑可以钉扎其附近的位错，阻碍位错运动，于凹坑附近获得高密度的位错。在 凹坑边缘处形成亚晶结构，晶界使得钢材在加热退火时，位错难以运动，难以发生回复。由 此，即使在高温加热状态下，凹坑及其附近由于刻痕处理形成的拉应力不衰减，细化的磁畴 不会因为加热而变得粗大，从而保持较低水平的铁损。
[0032] 与最接近的现有技术比，本发明具有如下优点：
[0033] 1)本发明制备的电工钢板材是于刻痕沟槽表面分布有腐蚀凹坑，进而在刻痕处产 生强烈的钉扎效应，阻止磁畴壁移动或转动，使其具有优异的耐热性，于800°C下退火处理 2h，由激光刻痕产生的铁损降低效果不会消失，基本保留了原有的磁性能；
[0034] 2)本发明制备的电工钢板材可应用于卷铁心变压器或需要对硅钢产品进行弯曲 的铁心制造等必须对制成的铁心进行退火处理的领域；
[0035] 3)本发明制备方法中NaOH不会与电工钢表面的绝缘涂层发生化学反应，不会破 坏绝缘涂层，不影响其绝缘性能，制备过程操作简单，适用于大规模工业生产。
【附图说明】
[0036] 图1 :本发明电工钢板材的示意图
[0037] 图2 :本发明电工钢板材的制备流程图
[0038] 其中：
[0039] 1电工钢基体
[0040] 2刻痕沟槽
[0041] 3 凹坑
【具体实施方式】
[0042] 为更好地说