一种电工钢板材的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型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。
【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C02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C02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C02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] 本实用新型的目的是提供一种电工钢板材，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，本实用新型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含有水化硅酸钙相和水化硅酸镁相的基体层，所述基体的 厚度为0. 1~2mm，所述水化硅酸钙相和所述水化硅酸镁相的直径为1~lOOnm，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20~80%，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。电工钢板材的厚度可以为0. 1_， 0. 15mm,0. 18mm,0. 23mm,0. 27mm,0. 30mm,0. 5mm,0. 7mm,0. 8mm, 1mm, 1. 5mm 或 2mm 等。7jC化 娃酸1丐相和水化娃酸镁相的直径可以为111111，511111，1〇11111，2〇11111，3〇11111、5〇11111，7〇111]1或10〇111]1等。 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。水化硅酸钙相和水化硅酸镁相的体积比可以为1:1、1:2、1:3、1:5、1:7、1:9 或1:10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0. 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[Si6017](0H)2)和托勃莫来石（Ca 5[Si60lsH2] ·4Η20);所述水化硅酸镁相为叶蛇纹石 (Mg6[Si4010(0H)8])〇
[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。
[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%。
[0019] -种所述的电工钢板材的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0020] 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；
[0021] 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Si02g 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；
[0022] 3)冲洗步骤2)所得电工钢板材并烘干。
[0023] 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 μ m ;所述MgO粉末的粒径为0. 01~5 μ m。
[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CaO粉末的粒径 为2 μ m ;所述MgO粉末的粒径为1 μ m。
[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（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。
[0026] 所述的电工钢板材的制备方法的第四优选技术方案，所述CaO粉末与MgO粉末的 体积比为1:1~1:10,所述CaO粉末与MgO粉末粘附的总面积占所述刻痕沟槽表面积的 40%~90%。
[0027] 所述的电工钢板材的制备方法的第五优选技术方案，所述CaO粉末与MgO粉末的 体积比为1:2,所述CaO粉末与MgO粉末粘附的总面积占所述刻痕沟槽表面积的55%。
[0028] 所述的电工钢板材的制备方法的第六优选技术方案，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 ;所述烘干是于常温下。
[0029] 本实用新型电工钢板材的制备方法中，不限定激光刻痕手段，可采用工业常用的 〇)2激光器或Nd-YAG激光器对电工钢进行激光处理，随后在刻痕沟槽处铺覆CaO粉末与MgO 粉末的混合粉末，对其喷射高温水蒸气，CaO粉末与MgO粉末会在水蒸气的作用下放热并与 电工钢表层Si02&生反应，在MgO的作用下，CaO不与SiO 2形成CaSiO 3，而是生成水化硅 酸钙相和水化硅酸镁相产物，水化硅酸钙相包括硬硅钙石（Ca6[Si6017] (0H)2)和托勃莫来石 (Ca5[Si60lsH2] ·4Η20)颗粒，水化硅酸镁相包括叶蛇纹石（Mg6[Si40 1(](0H)J)颗粒。水化硅 酸钙相和水化硅酸镁相产物在刻痕处产生强烈的钉扎效应，阻止磁畴壁移动或转动，使本 实用新型的激光刻痕产品具有优异的耐热性，经800°C、保温2h退火处理，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。
[0030] 本实用新型所用的CaO粉末和MgO粉末不宜过大或过小，CaO粉末的直径需严格 控制在0. 01~10 μ m之间，MgO粉末的直径需严格控制在0. 01~5 μ m之间，粉末粒径过 大会使生成的产物无法钉扎位错，起不到钉扎效果，粒径过小易产生团聚，会使产物大小分 布不均匀，使有利于钉扎磁畴壁的第二相产物数量减少。
[0031 ] 水化硅酸钙相颗粒和水化硅酸镁相颗粒在刻痕沟槽的表面的分布越均匀，其钉扎 水化硅酸钙相颗粒和水化硅酸镁相颗粒附近的位错的效果越好，从而在电工钢在加热时仍 能够将铁损保持在较低水平。电工钢板材的规格为0. 18mm厚，CaO粉末的粒径为2 μ m，Mg0 粉末的粒径为1 μ m，CaO粉末和MgO粉末的体积分数比例为1:2, CaO粉末和MgO粉末铺覆 面积占刻痕沟槽内表面面积55%，加热温度50°C，腐蚀时间5min条件下，腐蚀得到的电工 钢板材的刻痕沟槽的水化硅酸钙相颗粒和水化硅酸镁相颗粒的尺寸（约为30nm)和分布最 均匀，水化硅酸钙相颗粒和水化硅酸镁相颗粒的总面积约占刻痕沟槽表面总面积的30%。
[0032] 水化硅酸钙相颗粒和水化硅酸镁相颗粒可以钉扎水化硅酸钙相颗粒和水化硅酸 镁相颗粒附近的位错，阻碍位错运动，在水化硅酸钙相颗粒和水化硅酸镁相颗粒附近获得 高密度的位错。于水化硅酸钙相颗粒和水化硅酸镁相颗粒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，水化硅酸 钙相颗粒和水化硅酸镁相颗粒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，从而保持铁损在较低水平。
[0033] 与最接近的现有技术比，本实用新型具有如下优点：
[0034] 1)本实用新型的水化硅