CN104726672B

CN104726672B - 取向电工钢板及其制造方法

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Publication number: CN104726672B
Application number: CN201410810541.0A
Authority: CN
Inventors: 权五烈; 李原杰
Original assignee: Posco Co Ltd
Current assignee: Posco Holdings Inc
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2034-12-23
Also published as: KR101538778B1; KR20150074932A; CN104726672A

Abstract

本发明一实施例的电工钢板在沟槽中形成有包含钛碳化物、钛氧化物、钛氮化物或者这些的混合物或化合物的涂层。

Description

取向电工钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种取向电工钢板及其制造方法。

背景技术

通常，根据去应力退火后是否保持磁畴细化改善效果，磁畴细化方法大致分为临时磁畴细化和永久磁畴细化。

临时磁畴细化方法是一种形成90°畴(Domain)使磁畴细化，藉以最大限度地减少通过热能或机械能在表面施加局部压应力而产生的磁弹性能的磁畴细化技术。

去应力热处理后还可保持铁损改善效果的永久磁畴细化方法大致分为蚀刻法、辊压法及激光法。在所述激光法中，尤其是依靠脉冲激光的永久磁畴细化方法通过激光照射时被照部物质的蒸发(Vaporization)在钢板表面形成沟槽，以确保取向电工钢板的热处理后铁损改善率。

然而，依靠脉冲激光的磁畴细化方法由于通过蒸发来形成沟槽，因此不会形成熔化部，在热处理(去应力热处理，SRA)前难以确保铁损改善率，而且在高速的钢板移动速度(0.1m/s以上)下难以形成深沟槽，无法显示出所需的铁损改善效果。

发明内容

本发明一实施例提供一种取向电工钢板。

本发明另一实施例提供一种取向电工钢板的制造方法。

本发明一实施例的取向电工钢板，其表面形成有沟槽，并且所述沟槽上形成有涂层，该涂层包含钛碳化物、钛氧化物、钛氮化物或者这些的混合物或化合物。

所述电工钢板的沟槽深度d可为钢板厚度的4～6％。

所述电工钢板的沟槽长度L可为2d≤L≤10d，其中d表示沟槽深度。

所述涂层的厚度可为10～100nm。

所述沟槽相对于电工钢板的轧制方向可形成为斜线，所述斜线相对于钢板的轧制方向可以呈82～98°。

所述电工钢板可以是在沟槽下方未形成氧化层的取向电工钢板。所述电工钢板可以是在沟槽下方未形成再结晶的取向电工钢板。

在所述电工钢板及包含钛碳化物、钛氧化物、钛氮化物或者这些的混合物或化合物的涂层上方可以形成绝缘层。

本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法，包括以下步骤：提供轧制后的电工钢板；在所述电工钢板的表面形成有机物层或无机物层；向形成有所述有机物层或无机物层的钢板表面照射激光以形成沟槽；在所述沟槽中形成包含钛碳化物、钛氧化物、钛氮化物或者这些的混合物或化合物的涂层；除去所述有机物层或无机物层。

在所述形成沟槽的步骤中所照射的激光的输出P可满足以下条件，P≥500W。

在所述形成沟槽的步骤中所照射的激光，其轧制方向上的光束宽度可为0.15～0.70mm。

在所述形成沟槽的步骤中所形成的沟槽深度可为钢板厚度的4～6％。

在所述形成沟槽的步骤中所形成的沟槽长度L可为2d≤L≤10d，其中d表示沟槽深度。

所述包含钛碳化物、钛氧化物、钛氮化物或者这些的混合物或化合物的涂层的厚度可为10～100nm。

在所述形成沟槽的步骤中所照射的所述激光，其相对于电工钢板的轧制方向能够以斜线照射，以所述斜线照射的角度可为82～98°。

在所述形成沟槽的步骤中所形成的沟槽，其可以是在沟槽下方未形成氧化层的沟槽，而且可以是在沟槽下方未形成再结晶的沟槽。

所述电工钢板为初次再结晶之前的电工钢板时，还可以包括以下步骤：对除去所述有机物层或无机物层的电工钢板进行脱碳退火之后，涂覆退火隔离剂并进行最终退火。

通常，在取向电工钢板的制造中，将通过连铸工艺制造的板坯(slab)热轧→热轧板退火→冷轧→脱碳退火(初次再结晶)→最终退火(二次再结晶)之后进行依靠激光的磁畴细化，但在本发明中，冷轧后脱碳退火之前或者脱碳退火之后的任何步骤中都可以实施依靠所述激光的磁畴细化工艺。

本发明的取向电工钢板在形成沟槽时最大限度地减小激光导致的热影响，在沟槽下方不会形成再结晶，因此使沟槽部分的退磁场减弱，从而可以最大限度地抑制磁通密度的劣化。

而且，形成沟槽时最大限度地减小激光导致的热影响，在沟槽下方不会形成氧化层，因此可以最大限度地抑制磁通密度的劣化。

此外，所述沟槽相对于钢板的轧制方向形成为斜线，因此使沟槽部分的退磁场减弱，从而可以最大限度地抑制磁通密度的劣化。

另外，根据本发明的沟槽与通过现有的磁畴细化技术来形成的沟槽相比深度较浅，因此可以最大限度地抑制磁通密度的劣化。

而且，本发明的取向电工钢板在沟槽的上方形成有包含钛碳化物、钛氧化物、钛氮化物或者这些的混合物或化合物的涂层40，因此电阻率高且铁损改善率优异。

再者，通过照射高速的激光束来形成沟槽，因此可在以0.1m/s以上的高速移动的电工钢板上形成沟槽。

附图说明

图1是显示本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法的模式图。

图2是向电工钢板表面照射激光时形成于钢板表面的沟槽形状的示意图。

具体实施方式

参照附图和详细描述的下列实施例，就可以清楚地理解本发明的优点、特征以及实现这些优点和特点的方法。然而，本发明能够以各种不同方式变形实施，并不局限于下列实施例。提供下列实施例的目的在于，充分公开本发明以使所属领域的技术人员对发明内容有一个全面的了解，本发明的保护范围应以权利要求书为准。通篇说明书中相同的附图标记表示相同的构成要素。

下面，对本发明一实施例的为使磁畴细化钢板表面上形成有沟槽(groove)的电工钢板进行描述。

本发明一实施例的电工钢板在所述沟槽中形成有包含钛碳化物、钛氧化物、钛氮化物或者这些的混合物或化合物的涂层。

所述电工钢板的沟槽深度d可为钢板厚度的4～6％。根据本发明形成有沟槽的取向电工钢板，其沟槽比通过现有技术形成于取向电工钢板的沟槽浅，因此可以最大限度地抑制磁通密度的劣化。

沟槽深度d不足钢板厚度的4％时，如果形成沟槽后进行热处理，则铁损不会得到改善，而超过6％时，如果在沟槽形成高张力涂层，则磁通密度反而会减小。

此外，电工钢板的沟槽长度L可为2d≤L≤10d，其中d表示沟槽深度。

所述沟槽的长度超出10d时，磁通密度可能会劣化，而所述沟槽的长度不足2d时，铁损不会得到改善。

另外，在电工钢板的沟槽中形成热膨胀系数不同于母材即电工钢板的涂层，藉以提高钢板的轧制方向的张力，从而可以提高铁损改善率。所述涂层可包含钛碳化物、钛氧化物、钛氮化物或者这些的混合物或化合物。

而且，所述涂层的厚度可为10～100nm。

涂层的厚度小于10nm时，不会呈现赋予张力的效果，而超出100nm时，因张力赋予过大可能会出现钢板的翘曲现象。

此外，所述电工钢板可以是在沟槽下方未形成氧化层的取向电工钢板。向电工钢板照射激光时，因激光的影响在沟槽的下方可能会形成氧化层。这种氧化层会导致磁通密度的劣化。在本发明中，对激光照射条件进行控制，以免形成这种氧化层。

而且，所述电工钢板可以是在沟槽下方未形成再结晶层的取向电工钢板。向电工钢板照射激光时，因激光的影响在沟槽的下方可能会形成再结晶层。这种再结晶层会导致磁通密度的劣化。在本发明中，对激光照射条件进

行控制，以免形成这种再结晶层。

再者，将沟槽相对于钢板的轧制方向形成为斜线，使沟槽部分的退磁场减弱，从而可以最大限度地抑制磁通密度的劣化。所述斜线相对于钢板的轧制方向可以呈82～98°。

图1是本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法的示意图。

本发明一实施例的电工钢板的制造方法，包括以下步骤：提供轧制后的钢板10；在所述钢板的表面形成有机物层或无机物层30；向形成有所述有机物层或无机物层30的钢板表面照射激光以形成沟槽；在所述沟槽中形成包含钛碳化物、钛氧化物、钛氮化物或者这些的混合物或化合物的涂层40；除去所述有机物层或无机物层30。

制造取向电工钢板的过程是先加热包含Si的钢坯并进行热轧之后，再进行冷轧、脱碳退火及高温退火。在本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法中，可在脱碳退火之前或之后的任何步骤进行磁畴细化。

如图1之(a)所示，在初次再结晶之前或者初次再结晶之后的电工钢板10上涂覆有机物层或无机物层30。所述有机物层或无机物层30可具有绝缘性。另外，对所述有机物层或无机物层没有任何限制，只要是在后续工艺即除去有机物层或无机物层30的工艺中可被清洗剂除去的物质即可。

向涂覆有所述有机物层或无机物层30的电工钢板照射激光以形成沟槽20。

图1之(b)所示，通过激光照射基底部被熔化，其一部分再凝固而形成沟槽20。

通过激光照射来形成沟槽20时，形成在钢板表面上的激光束形状可以是矩形或者椭圆形(oval)。

所述激光的轧制方向上的光束宽度可为0.15～0.70mm。

轧制方向上的光束宽度小于0.15mm时，形成沟槽后不能确保基于张力涂层的张力效果。而且，轧制方向上的光束宽度超出0.70mm时，激光照射造成的热影响会增加，在后续的热处理及退火工艺对再结晶的形成产生影响，从而可能会导致磁通密度的劣化。

此外，在照射所述激光时，使基底部熔化的同时进行吹除(blowing)，使得在沟槽20的中心部不会残留熔化层。

另外，激光的输出P可满足P≥500W，以免在沟槽下方因激光照射而形成氧化层及再结晶层。

而且，激光输出P和扫描线速度S之比(P/S^1/2)可满足以下条件，以免形成氧化层及再结晶层，

2.0W·mm^1/2/s^1/2≤P/S^1/2≤10.0W·mm^1/2/s^1/2

激光输出P小于500W时，在高速扫描速度下难以形成沟槽，而且照射激光时可能会引起表面氧化以及形成再结晶层。

形成沟槽20之后，如图1之(c)所示，在形成有沟槽的电工钢板上涂覆所述钛碳化物、钛氧化物、钛氮化物或者这些的混合物或化合物。

包含钛碳化物、钛氧化物、钛氮化物中一种以上的涂层40可通过蒸镀来形成。

对所述蒸镀方法没有限制，可以是溅镀(Sputtering)。

所形成的涂层可形成在沟槽的整个表面上，也可以根据蒸镀条件形成为多孔涂层。

然后，图1之(d)所示，通过清洗剂除去形成在钢板上的有机物层或无机物层30。所述清洗剂是可使涂覆于电工钢板上的有机物或无机物溶解的溶剂。

除去所述有机物层或无机物层30时，形成在有机物层或无机物层30上的钛碳化物、钛氧化物、钛氮化物等被一起除去，仅在沟槽20上方形成有包含钛碳化物、钛氧化物、钛氮化物或者这些的混合物或化合物的涂层40。

当如上制造的取向电工钢板为形成初次再结晶之前的电工钢板时，进行脱碳退火以使钢板形成初次再结晶，并且涂覆退火隔离剂后进行最终退火。

当如上制造的取向电工钢板为形成初次再结晶之后的电工钢板时，涂覆退火隔离剂后进行最终退火。

所述最终退火结束后的电工钢板，如图1之(e)所示在电工钢板和钛碳化物、钛氧化物、钛氮化物涂层40的上方形成有绝缘层50。

在本发明一实施例中，对通过激光照射形成沟槽的方法进行了描述，但也可以通过已知的蚀刻法、辊压法形成沟槽。

下面，通过实施例对本发明进行详细描述。

但，下列实施例是本发明的示例而已，本发明的内容不局限于下列实施例。

[实施例]

将板坯再加热到1150℃后进行热轧，从而制造热轧钢板，所述板坯中以重量百分比计包含C：0.0030％、Si：3.0％、S：0.001％、Al：0.05％、N：0.0013％、Mn：0.2％，余量为Fe及其他不可避免的杂质。将这种热轧钢板卷取后冷却，并酸洗后进行冷轧，从而制造冷轧钢板。

如此冷轧的钢板其厚度为0.23mm，在如此冷轧的钢板表面形成由酚醛清漆树脂、二叠氮化合物类化合物及挥发性有机溶剂组成的有机物层，其厚度为1μm。

向如此涂覆有有机物层的钢板表面照射连续波激光而形成沟槽。

此时，激光能量密度E_d为1.0J/mm²，并且相对于轧制方向以87°进行扫描。而且，此时连续波激光的扫描线沿宽度方向分开扫描，如图2所示。另外，此时形成的沟槽深度为9.5μm，沟槽长度为90μm。

如图2所示，此时形成的沟槽相对于钢板的轧制方向以87°呈现为多条分开线。

如上所述，当照射激光时，形成沟槽处的上方有机物层被除去。在所述沟槽部分的有机物层被除去的状态下，通过溅镀法镀上TiC。蒸镀的TiC层为30nm。

如上所述，沟槽内面均匀地蒸镀有TiC层的状态下，将残留在冷轧钢板表面上的有机物层利用包含碱性氢氧化物、氢氧化铵的水溶液除去。

如此制造的取向电工钢板可获得12％以上的铁损改善率。

以上参照附图对本发明的实施例进行了描述，但所属领域的技术人员可以理解，在不改变技术思想或必要特征的情况下，本发明能够以其他方式实施。

因此，上述实施例只是示例性的并非限制性的。本发明的保护范围应以权利要求书为准而非上述说明，由权利要求书的含义、范围及等效概念导出的所有变更或变更的形式，均落在本发明的保护范围。

Claims

1.一种取向电工钢板，其表面上形成有沟槽，并且仅在所述沟槽上形成有包含钛碳化物、钛氧化物、钛氮化物或者这些的混合物或化合物的涂层。

2.根据权利要求1所述的取向电工钢板，其沟槽深度d为钢板厚度的4～6％。

3.根据权利要求2所述的取向电工钢板，其沟槽长度L为2d≤L≤10d，其中d表示沟槽深度。

4.根据权利要求3所述的取向电工钢板，其中，

所述涂层的厚度为10～100nm。

5.根据权利要求4所述的取向电工钢板，其中，

所述沟槽相对于电工钢板的轧制方向形成为斜线。

6.根据权利要求5所述的取向电工钢板，其中，

所述斜线相对于钢板的轧制方向呈82～98°。

7.根据权利要求6所述的取向电工钢板，其中，

所述涂层的上方形成有绝缘层。

8.一种取向电工钢板的制造方法，包括以下步骤：

提供轧制后的电工钢板；

在所述电工钢板的表面形成有机物层或无机物层；

在形成有所述有机物层或无机物层的钢板表面形成沟槽；

在所述沟槽中形成包含钛碳化物、钛氧化物、钛氮化物或者这些的混合物或化合物的涂层；以及

除去所述有机物层或无机物层。

9.根据权利要求8所述的取向电工钢板的制造方法，其中，

在所述形成沟槽的步骤通过激光照射来形成沟槽，

在所述形成沟槽的步骤中所照射的激光的输出P满足以下条件，

P≥500W。

10.根据权利要求9所述的取向电工钢板的制造方法，其中，

在所述形成沟槽的步骤中所照射的激光的输出P与扫描线速度S之比(P/S^1/2)满足以下条件，

2.0W·mm^1/2/s^1/2≤P/S^1/2≤10.0W·mm^1/2/s^1/2。

11.根据权利要求10所述的取向电工钢板的制造方法，其中，

在所述形成沟槽的步骤中所照射的激光，其轧制方向上的光束宽度为0.15～0.70mm。

12.根据权利要求11所述的取向电工钢板的制造方法，其中，

在所述形成沟槽的步骤中所形成的沟槽深度为钢板厚度4～6％。

13.根据权利要求12所述的取向电工钢板的制造方法，其中，

在所述形成沟槽的步骤中所形成的沟槽长度L为2d≤L≤10d，其中d表示沟槽深度。

14.根据权利要求13所述的取向电工钢板的制造方法，其中，

所述涂层的厚度为10～100nm。

15.根据权利要求14所述的取向电工钢板的制造方法，其中，

在所述形成沟槽的步骤中所照射的所述激光相对于电工钢板的轧制方向以斜线照射。

16.根据权利要求15所述的取向电工钢板的制造方法，其中，

所述激光相对于电工钢板的轧制方向以斜线照射的角度为82～98°。