熱穩(wěn)取向硅鋼制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種變壓器、電機(jī)等鐵芯的制作工藝，屬于機(jī)械功能材料制造領(lǐng)域， 特別是一種熱穩(wěn)取向硅鋼制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 取向硅鋼被譽(yù)為鋼鐵產(chǎn)品中的"藝術(shù)品"，主要用于制作變壓器、電機(jī)等鐵芯。鑒 于能源問(wèn)題日趨嚴(yán)重和電力工業(yè)日益發(fā)展，不斷改善取向硅鋼性能，降低其鐵芯損耗（簡(jiǎn) 稱鐵損），一直是備受關(guān)注的研究課題。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，降低硅鋼鐵損的技術(shù)方案主要有：
[0004] 1)取向硅鋼加工方法：傳統(tǒng)的取向硅鋼制作工序?yàn)椋汉?%的鐵硅合金是取向 硅鋼的原料。通過(guò)如下的工藝操作得到：熱乳扳坯、預(yù)先退火、第一次冷乳、中間退火、第二 次冷乳、最后高溫退火，獲得取向硅鋼片。
[0005] 2)激光刻槽降低鐵損工序?yàn)椋核眉す猓翰ㄩL(zhǎng)A=10. 6 ii m的遠(yuǎn)紅外激光對(duì)經(jīng)退 火后的冷乳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，形成一系列平行布 置的線狀或點(diǎn)線狀刻槽，可在取向硅鋼片基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低鐵損水平。
[0006] 現(xiàn)有方案主要有以下缺點(diǎn)：
[0007] 1)傳統(tǒng)的取向硅鋼制作工序因?yàn)橹挥袀鹘y(tǒng)的熱乳、冷乳、退火等工藝，可在無(wú)取向 硅鋼基礎(chǔ)上降低鐵損水平5%左右，但降低幅度有限。
[0008] 2)使用波長(zhǎng)人=10. 6ym的遠(yuǎn)紅外激光刻槽工藝，可以在取向硅鋼的基礎(chǔ)上進(jìn)一 步降低鐵損水平，但由于其光子能量較低，可在取向硅鋼基礎(chǔ)上降低鐵損水平5~7%，但 降低幅度仍有限。
[0009] 3)使用波長(zhǎng)人=10. 6 y m的遠(yuǎn)紅外激光刻槽工藝，可降低鐵損水平5~7%，但模 擬惡劣工作環(huán)境，在500°C以上高溫工作后，降低鐵損效應(yīng)消失，又恢復(fù)到刻痕前的狀態(tài)， 屬非熱穩(wěn)型降低鐵損技術(shù)。
[0010] 4)使用波長(zhǎng)入=10. 6 ym的遠(yuǎn)紅外激光刻槽工藝，由于光子能量低，掃描速度為 5~50mm/s，加工效率低下。
[0011] 5)使用波長(zhǎng)入=10. 6 y m的遠(yuǎn)紅外激光刻槽工藝，由于掃描速度慢，存在熱變形 問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的在于提供一種能夠大幅度降低鐵損的熱穩(wěn)取向硅鋼制造方法，通過(guò) 本方法制造得到的熱穩(wěn)取向硅鋼能夠降低變壓器、發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)等電力設(shè)備的鐵損，大幅節(jié) 約電力工業(yè)的能源耗費(fèi)、節(jié)能減排。
[0013] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種熱穩(wěn)取向硅鋼制造方法，包括掃描步驟，所述的掃描步 驟是通過(guò)采用波長(zhǎng)為343nm的紫外飛秒激光在取向硅鋼片的單側(cè)表面掃描，刻出多條垂直 于取向硅鋼乳制方向的溝槽線。
[0014] 在上述的熱穩(wěn)取向硅鋼制造方法中，溝槽線間的間隔距離為3. 5~6. 5mm。
[0015] 溝槽線的設(shè)置按照以下公式設(shè)定：
[0016] 高磁感取向娃鋼的鐵損計(jì)算公式為：
[0017]
[0018] 式中：PT為總鐵損，Pe為總的渦流損耗，P，、的磁滯損耗。
[0019] t為板厚；f為頻率；Bm為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度；P為電阻率；丫為磁疇壁能量密度； C11為磁晶各向異性常數(shù)；M00為[100]晶向的磁致伸縮系數(shù)。2L為疇壁間距與晶粒沿 乳制方向的平均尺寸d'有如下關(guān)系：d' = 0.498C11A1M2(2L)2/y。
[0020] 普通硅鋼片產(chǎn)品除2L之外的變量可視為常數(shù)，則PT的極值可由：
[0021]
[0022]
[0023]
[0024] 可見(jiàn)，可以通過(guò)相關(guān)的物理、化學(xué)加工方法使得磁疇主疇寬度減少，可以使總鐵損 PT為極小值。
[0025] 將相關(guān)常數(shù)值(按L7T)、P = 47X10sQm;產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)數(shù)值y = 1. 8X10 q/m'Cn: 2. 20869X10nJ/m3、人 100= 2. 73X 10 5,試樣參數(shù) t 代入，可計(jì)算出 2L0。
[0026] 再結(jié)合d' = 0. 498Cn A 1QQ2(2L。)2/ 丫，可以計(jì)算出最佳平均晶粒尺寸d。
[0027] 當(dāng)t = 0.5,（1。= 0.498^入1M2(2U)7y~4. 162,而市售取向硅鋼的平均晶 粒尺寸一般大于15mm，考慮到激光刻痕及應(yīng)力場(chǎng)對(duì)晶粒細(xì)化的分布一般無(wú)法貫穿壁厚， 實(shí)際加工激光刻痕線的距離尺寸一般比d。小25%。此時(shí)單一溝槽線間的間隔距離d = 0. 85d〇^ 3. 53
[0028] 當(dāng)t = 0. 35, d。~5. 557,此時(shí)單一溝槽線間的間隔距離d = 0. 85d。~4. 72
[0029] 當(dāng)t = 0? 3, d。~5. 279,此時(shí)單一溝槽線間的間隔距離d = 0? 85d。~4. 48
[0030] 當(dāng)t = 0? 25, d。~6. 606,此時(shí)單一溝槽線間的間隔距離d = 0? 85d。~5. 6
[0031] 當(dāng)t = 0? 2, d。~7. 666,此時(shí)單一溝槽線間的間隔距離d = 0? 85d。~6. 5
[0032] 在上述的熱穩(wěn)取向硅鋼制造方法中，所述的溝槽線由7~13條微觀掃描線組構(gòu) 成，同一溝槽線內(nèi)的相鄰兩條微觀掃描線組間距為11. 2~20. 8 ym。
[0033] 在上述的熱穩(wěn)取向硅鋼制造方法中，所述的微觀掃描線組所采用的紫外飛秒激光 掃描重復(fù)頻率為5K。激光掃描重復(fù)頻率的意思為：采用激光掃描硅鋼片表面時(shí)，1秒鐘內(nèi)掃 描在娃鋼片表面的激光脈沖次數(shù)。
[0034] 在上述的熱穩(wěn)取向硅鋼制造方法中，紫外飛秒激光的掃描速度為70~130mm/s。
[0035] 在上述的熱穩(wěn)取向硅鋼制造方法中，所述的紫外飛秒激光由掃描激光器產(chǎn)生，該 掃描激光器掃描時(shí)Q頻率參數(shù)為20KHz，Q釋放時(shí)間參數(shù)5 y s，電流26A。
[0036] 在上述的熱穩(wěn)取向硅鋼制造方法中，所述的掃描步驟后，還包括酸蝕步驟：將取向 硅鋼片使用30~35wt%的鹽酸溶液對(duì)掃描后硅鋼片進(jìn)行完全浸泡處理，處理溫度為室溫， 處理時(shí)間為10~12分鐘。
[0037] 在上述的熱穩(wěn)取向硅鋼制造方法中，所述的酸蝕步驟結(jié)束后還包括水洗步驟：用 蒸餾水清洗取向硅鋼片，然后用無(wú)水乙醇浸泡1~2分鐘。
[0038] 在上述的熱穩(wěn)取向硅鋼制造方法中，所述的水洗步驟結(jié)束后還包括烘干步驟。
[0039] 在上述的熱穩(wěn)取向硅鋼制造方法中，在掃描步驟前，還包括預(yù)處理步驟和裝夾固 定步驟，其中預(yù)處理步驟為將取向硅鋼片用無(wú)水酒精擦洗干凈，去除污漬，并烘干。
[0040] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0041] 1、本發(fā)明的采用光子能量比較高的紫外飛秒激光，波長(zhǎng)A = 〇. 343 ym，在取向娃 鋼單面按使用紫外飛秒激光掃描的特殊工藝，進(jìn)行汽化、融化、沖擊處理，可降低鐵損水平 7 ~10%〇
[0042] 2、本發(fā)明的采用光子能量比較高的紫外飛秒激光，掃描處理速度達(dá)到100mm/S，顯 著提高生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)，處理速度的提高，杜絕了熱變形問(wèn)題，提高了成品 質(zhì)量。
[0043] 3、本發(fā)明的酸蝕、水洗、烘干等步驟消除氧化表面、去除沖擊應(yīng)力。即使在模擬惡 劣工作環(huán)境，在500°C以上高溫條件下工作10小時(shí)后，降低鐵損效應(yīng)不消失，屬熱穩(wěn)型降低 鐵損技術(shù)。
【具體實(shí)施方式】