一种电工钢板材及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于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CO 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CO 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CO2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CO 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，使其能够应用于需要进行退火处理的领 域。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：
[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 槽和所述刻痕沟槽表面分布的水化硅酸钙相和水化硅酸镁相，所述基体的厚度为〇. 1~ 2_，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的直径为1~100nm。电工钢板材的厚度可以 为 0_ 1mm,0. 15mm,0. 18mm,0. 23mm,0. 27mm,0. 30mm,0. 5mm,0. 7mm,0. 8mm,1mm,I. 5mm 或 2mm 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1~20mm。刻痕沟槽的宽度可以为0. 05mm、0. 08mm、0. lmm、0. 2mm、0. 3mm或0. 5mm等。刻 痕沟槽的间隔可以为 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，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相均匀 分布于所述刻痕沟槽表面。
[0014] 所述的电工钢板材的第五优选方案，所述水化硅酸钙相为硬硅钙石 (Ca6[Si 6017](0H)2)和托勃莫来石（Ca5[Si 60lsH2] ·4Η20);所述水化硅酸镁相为叶蛇纹石 (Mg6 [Si401(] (OH) J);所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的体积比为1:1~1:10。水化 硅酸钙相和水化硅酸镁相的体积比可以为I: I、1:2、1:3、1:5、1:7、1:9或1:10等。
[0015] 所述的电工钢板材的第六优选方案，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的体 积比为1:2。
[0016] 所述的电工钢板材的第七优选方案，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的直 径为20~60nm。水化娃酸钙相和水化娃酸镁相的直径可以为lnm，5nm，10nm，20nm，30nm、 50nm，70nm 或 IOOnm 等。
[0017] 所述的电工钢板材的第八优选方案，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的直 径为30nm。
[0018] 所述的电工钢板材的第九优选方案，所述刻痕沟槽中，所述水化硅酸钙相和所述 水化硅酸镁相的总面积占所述沟槽表面积的20~80%。水化硅酸钙相和水化硅酸镁相的 总面积可以占所述沟槽表面积的20 %、30 %、40 %、50 %、60 %和80 %等。
[0019] 所述的电工钢板材的第十优选方案，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的总 面积占所述刻痕沟槽表面积的30%。
[0020] -种所述的电工钢板材的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0021] 1)激光刻痕处理：激光刻痕处理电工钢基体，得到具有刻痕沟槽的电工钢基体；
[0022] 2) (CaO+MgO)粉末处理刻痕沟槽：于常温或50 °C下，将CaO粉末和MgO粉末粘附于 所述刻痕沟槽表面，再喷射高温水蒸气3~8min，CaO和MgO与所述刻痕沟槽表面的SiO 2K 应生成分布于所述刻痕沟槽表面的水化硅酸钙相和水化硅酸镁相；
[0023] 3)冲洗步骤2)所得电工钢板材并烘干。
[0024] 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CaO粉末的粒径 为0. 01~10 μπι ;所述MgO粉末的粒径为0. 01~5 μπι。CaO粉末的粒径可以为0. 01 μπκ 0·5μηι、1μηι、2μηι、3μηι、4μηι、5μηι、7μηι?^10μηι， 以及 0·01μ m_2 μ m，1 μ m_5 μ m， 2 μ m-7 μ m 或 4 μ m-10 μ m。MgO 粉末的粒径可以为 0. 01 μ m、0. 5 μ m、1 μ m、2 μ m、3 μ m、4 μ m 或 5 μ m，以及 0· 01 μ m_2 μ m，I μ m_3 μ m，2 μ m_4 μ m 或 3 μ m_5 μ m〇
[0025] 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CaO粉末的粒径 为2 μ m ;所述MgO粉末的粒径为1 μ m。
[0026] 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（CaO+MgO)粉末 处理刻痕沟槽的工艺条件包括：于50°C下，将CaO粉末和MgO粉末粘附于所述刻痕沟槽表 面，再喷射高温水蒸气5min。
[0027] 应理解，本发明采用粘附CaO粉末与MgO粉末并喷射高温水蒸气的方式腐蚀刻痕 沟槽，电工钢板材的基体中的Fe元素不反应，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，例如，〇. 18mm电工钢，甚至是0. 15mm。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。
[0028] 还应理解，现有技术中酸溶液腐蚀过程中溶液与电工钢板材基体中的Fe元素反 应，因而一般不进行加热，以防酸溶液与Fe的反应加剧，腐蚀效率低。而本发明的腐蚀方 式，电工钢板材基体中的Fe元素不反应，因而可以采用高温水蒸气提高反应温度，进而提 高反应速率以提高腐蚀效率，提高工业生产效率。选择合适的CaO粉末与MgO粉末的粒径、 CaO粉末与MgO粉末的体积比以及粉末铺覆面积占沟槽内表面面积，可以得到很好的腐蚀 效果和速率。将在下文中详细阐述。
[0029] 还应理解，本发明实施例也可以不采用高温水蒸气，因为CaO粉末与水反应会放 出大量的热，也会起到加速与SiO 2的反应的作用，本发明实施例对此不作限定。
[0030] 所述的电工钢板材的