【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钢材及其制造方法，尤其涉及低损耗、低磁致伸缩的取向硅钢及其制造方法。
技术介绍
1、现有的变压器铁芯一般采用取向硅钢进行叠片或卷绕制成。变压器的生产和应用过程中主要关注的指标为空载损耗特性和空载激磁电流这两个特性，这两个指标分别对应取向硅钢的损耗和激磁功率。近年来，随着社会对环境噪音要求的持续提升，变压器的噪音也成为变压器性能的重要评价指标，其主要来源于取向硅钢的磁致伸缩。取向硅钢在磁化过程中垂直于平行轧制方向的易磁化方向的90°磁畴数量变化和转动是磁致伸缩产生的主要原因。
2、在理想状态下，取向硅钢成品应当是只有180°磁畴，而实际的取向硅钢成品由于取向度偏差、夹杂物、晶界等缺陷，为降低其整体的静磁能而自然地在180°磁畴间出现了小附加畴－柳叶畴，即90°畴，因而导致取向硅钢成品磁致伸缩的提高。因此，减少90°畴，就能够有效地降低磁致伸缩。
3、目前，取向硅钢一般通过包括如下步骤的方法制备：a)冶炼和铸造；b)加热；c)常化；d)冷轧；e)脱碳退火；f)成品退火；g)热拉伸退火。
4、在上述e)脱碳退火步骤中，通常需要在脱碳退火钢板的表面涂覆以氧化镁为主成分的退火分离剂；在f)成品退火步骤中，作为退火分离剂的mgo与在脱碳退火时形成于钢板表面的sio2发生反应，在硅钢基板表面形成以硅酸镁(mg2sio4)作为主要成分的底层(也称“一次被膜”)。在g)热拉伸退火步骤中，在形成硅酸镁层后的钢板表面涂覆以胶体二氧化硅及磷酸盐作为主要成分的绝缘涂液并烧结，形成张力绝缘涂层(也称为“二次
5、取向硅钢的底层结构如图1所示，其中在硅钢基板表面形成的硅酸镁层分为两个部分：通过sio2在硅钢基板表面扩散富集形成的连续层3，以及受到硅钢基板中的析出物等阻碍没有扩散到表面的sio2和al2o3等氧化物颗粒嵌入基板的芯部形成嵌入层2。连续层3的主要成分是硅酸镁，嵌入层2的主要成分是硅酸镁和少量镁、铝的氧化物。由于嵌入层2是在高温退火过程中产生的，并且其热膨胀系数小于钢的热膨胀系数，因此在嵌入层的氧化物颗粒周围产生局部的应力场，会在硅钢基板中形成90°表面闭合畴，影响后续获得的成品取向硅钢的磁致伸缩性能。此外，这些氧化物颗粒也对硅钢基板中的180°畴壁的运动起到钉扎效果，阻碍硅钢基板在变化的磁场中的磁筹转动，导致成品取向硅钢的损耗增加。
6、现有技术中采用的降低取向硅钢损耗的方法主要包括：(1)通过提高成品(110)[001]位向的取向度而使磁通密度提高，降低磁滞损耗；(2)通过增加硅钢基板中si的含量来提高电阻率或者减薄钢板的厚度，降低经典涡流损耗；(3)通过对取向硅钢进行激光刻蚀来降低磁畴宽度，降低反常涡流损耗。
7、现有技术中采用的降低取向硅钢磁致伸缩的方法主要包括：(1)提升成品晶体的取向度；(2)降低成品厚度；(3)增加涂层张力。上述三种方法均可以使取向硅钢成品磁致伸缩下降，从而实现变压器噪音水平的降低。
8、现有技术公开了一些通过消除嵌入层降低其对取向硅钢成品的磁致伸缩和铁损性能影响的技术方案。
9、例如，中国专利申请cn113272456a(公开日为2021年8月17日)公开了一种方向性电磁钢板的制造方法，其将脱碳退火工序的气氛设置为不形成铁系氧化物的氧化度，且在后面的工序中，在硅钢基板上涂覆以氧化铝为主成分的退火分离剂。该技术方案通过严格控制脱碳露点，在脱碳退火时不形成铁系氧化物(例如fe2sio4，feo等)，可以达到有效消除表面氧化物夹杂物的目的。然而，该方法中，氧化铝不和二氧化硅发生反应，在基板表面不形成底层，从而导致抑制剂在高温退火过程中不稳定，容易分解，导致二次再结晶不稳定，获得的取向硅钢的涂敷性能和稳定性均较差。
10、中国专利申请cn113272454a(公开日为2021年8月17日)公开了一种方向性电磁钢板的制造方法。其通过化学研磨去除硅钢基板表面的剩余退火分离剂，使退火板表面的粗糙度ra达到0.1μm以下，最终获得没有硅酸镁覆膜的取向硅钢。然而该技术方案由于采用化学研磨，故必须要解决药液浓度、温度管理等设备设置问题。因此，从生产的角度出发，该技术方案的实用性较差，在长线程生产过程中，药液浓度和温度的一致性很难保持。
11、中国专利申请cn113286905a(公开日为2021年8月20日)公开了一种方向性电磁钢板的制造方法。该专利采用含有碱金属或碱土类金属或bi的氯化物中的至少1种即mcl作为退火分离剂。通过采用含有mcl的退火分离剂，在最终退火时，因退火分离剂中的mcl的腐蚀作用得到未形成硅酸镁覆盖的钢板。然而该技术方案由于对成品退火工序中气氛控制的要求高，容易导致aln及(al,si)n等抑制剂的分解，二次再结晶不稳定。因此也不是一种理想的生产方法。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述技术问题，一方面，本专利技术提供一种取向硅钢，该取向硅钢包括硅钢基板及在硅钢基板表面上形成的绝缘涂层，取向硅钢不含硅酸镁和/或镁、铝的氧化物。本专利技术的取向硅钢具有低铁损、低磁致伸缩、高叠片系数且表面绝缘涂层附着性高的优点。
2、优选地，硅钢基板包含以质量百分比计的如下化学元素：c：0.057～0.062％，si：3.12～3.25％，mn：0.011～0.020％，酸溶性al：0.026～0.029％，n：0.008～0.009％，余量为fe及不可避免的杂质。
3、优选地，绝缘涂层由绝缘涂液形成，绝缘涂液包含铬酸酐、胶体sio2和mg、al的磷酸盐的水溶液；更优选地，绝缘涂夜包含以质量百分比计的如下化学组分：2％～25％的磷酸二氢铝和/或磷酸二氢镁、4％～16％的胶体二氧化硅、0.15％～4.50％的铬酸酐，余量为水及其他不可避免的杂质。
4、优选地，绝缘涂层在硅钢基板上的涂覆量为4.0～4.5g/m2。
5、优选地，取向硅钢的磁致伸缩速度声压水平lva≤50db(a)。
6、优选地，取向硅钢的铁损p17/50为0.90w/kg以下，优选为0.80w/kg以下。
7、优选地，取向硅钢的叠片系数≥97％。
8、另一方面，本专利技术还提供用于制造上述取向硅钢的方法，包括依次进行的以下步骤：
9、1)对钢水进行冶炼和铸造，制得板坯；
10、2)对板坯进行加热；
11、3)常化；
12、4)冷轧，制得冷轧板；
13、5)脱碳退火；
14、6)高温退火，制得硅钢基板，该硅钢基板具有芯部、连续层和在芯部与连续层之间的嵌入层，该嵌入层包含硅酸镁和/或镁、铝的氧化物，连续层包含硅酸镁；
15、7)激光处理：在氮气保护下，对硅钢基板进行两面激光处理，去除硅钢基板中的嵌入层和连续层；以及
16、8)涂覆绝缘涂层和热拉伸退火，制得取向硅钢。
17、优选地，激光处理后的硅钢基板的总厚度hf满足：h0-2h1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种取向硅钢，包括硅钢基板及在硅钢基板表面上形成的绝缘涂层，所述取向硅钢不含硅酸镁和/或镁、铝的氧化物。
2.根据权利要求1所述的取向硅钢，其特征在于，所述硅钢基板包含以质量百分比计的如下化学元素：C：0.057～0.062％，Si：3.12～3.25％，Mn：0.011～0.020％，酸溶性Al：0.026～0.029％，N：0.008～0.009％，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的取向硅钢，其特征在于，所述绝缘涂层由绝缘涂液形成，所述绝缘涂液为包含铬酸酐、胶体SiO2和Mg、Al的磷酸盐的水溶液；优选地，所述绝缘涂夜包含以质量百分比计的如下化学组分：磷酸二氢铝和/或磷酸二氢镁：2％～25％、胶体二氧化硅：4％～16％、铬酸酐：0.15％～4.50％，余量为水及其他不可避免的杂质；优选地，所述绝缘涂层在所述硅钢基板上的涂覆量为4.0～4.5g/m2。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的取向硅钢，其特征在于，所述取向硅钢的磁致伸缩速度声压水平LvA≤50db(A)。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的取
6.根据权利要求1-3中任一项所述的取向硅钢，其特征在于，所述取向硅钢的叠片系数≥97％。
7.一种用于制造权利要求1-6中任一项所述的取向硅钢的方法，包括依次进行的以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，激光处理后的所述硅钢基板的总厚度Hf满足：H0-2h1-2h2-2μm≤Hf≤H0-2h1-2h2，式中H0代表所述硅钢基板的初始总厚度，h1代表所述的连续层厚度，以及h2代表所述嵌入层的厚度。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，H0：0.19～0.29mm，h1≤4μm，h2≤4μm。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在7)激光处理步骤中，激光的能量密度I为300～600mJ/mm2，其中激光的能量密度I采用以下公式计算：式中，P为激光功率，单位W；f为脉冲重复频率，单位kHz；d为光斑直径，单位μm。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在7)激光处理步骤中，激光的扫描速度为5～6m/s，优选为5.5m/s；所述激光功率P为50～100W，优选为50～80W；所述脉冲重复频率f为65～90kHz；所述光斑直径为40～60μm。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在7)激光处理步骤中，所述两面激光处理分两个阶段进行，包括在第一阶段去除所述连续层，第一阶段中采用的激光的能量密度为I1以上，其中式中h1代表所述连续层的厚度；以及在第二阶段去除所述嵌入层，第二阶段中采用的激光的能量密度为I2以上，其中式中h2代表所述嵌入层的厚度。
13.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在7)激光处理步骤中，激光的能量密度I为I2以上，其中式中h2代表所述嵌入层的厚度。
14.根据权利要求7-13中任一项所述的方法，其特征在于，激光处理后的所述硅钢基板的表面粗糙度Sa＝6～8μm。
15.根据权利要求7-13中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法满足下述条件中的一个以上：
16.根据权利要求7-13中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述绝缘涂层由绝缘涂夜形成，所述绝缘涂液包含以质量百分比计的如下化学组分：磷酸二氢铝和/或磷酸二氢镁：2％～25％，胶体二氧化硅：4％～16％，铬酸酐：0.15％～4.50％，余量为水及其他不可避免的杂质。
...【技术特征摘要】
1.一种取向硅钢，包括硅钢基板及在硅钢基板表面上形成的绝缘涂层，所述取向硅钢不含硅酸镁和/或镁、铝的氧化物。
2.根据权利要求1所述的取向硅钢，其特征在于，所述硅钢基板包含以质量百分比计的如下化学元素：c：0.057～0.062％，si：3.12～3.25％，mn：0.011～0.020％，酸溶性al：0.026～0.029％，n：0.008～0.009％，余量为fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的取向硅钢，其特征在于，所述绝缘涂层由绝缘涂液形成，所述绝缘涂液为包含铬酸酐、胶体sio2和mg、al的磷酸盐的水溶液；优选地，所述绝缘涂夜包含以质量百分比计的如下化学组分：磷酸二氢铝和/或磷酸二氢镁：2％～25％、胶体二氧化硅：4％～16％、铬酸酐：0.15％～4.50％，余量为水及其他不可避免的杂质；优选地，所述绝缘涂层在所述硅钢基板上的涂覆量为4.0～4.5g/m2。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的取向硅钢，其特征在于，所述取向硅钢的磁致伸缩速度声压水平lva≤50db(a)。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的取向硅钢，其特征在于，所述取向硅钢的铁损p17/50为0.90w/kg以下，优选为0.80w/kg以下。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的取向硅钢，其特征在于，所述取向硅钢的叠片系数≥97％。
7.一种用于制造权利要求1-6中任一项所述的取向硅钢的方法，包括依次进行的以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，激光处理后的所述硅钢基板的总厚度hf满足：h0-2h1-2h2-2μm≤hf≤h0-2h1-2h2，式中h0代表所述硅钢基板的初始总厚度，h1代表所述的连续层厚度，以及h2代表所述嵌入层的厚度。
9.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴美洪，李国保，沈侃毅，杨勇杰，姜全力，吉亚明，胡卓超，赵自鹏，章华兵，凌晨，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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