ТЕКСТУРИРОВАННАЯ КРЕМНИСТАЯ СТАЛЬ, ИМЕЮЩАЯ ЖАРОСТОЙКИЙ МАГНИТНЫЙ ДОМЕН, И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
TEXTURED SILICON STEEL WITH A HEAT-RESISTANT MAGNETIC DOMAIN, AND METHOD FOR MANUFACTURE THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к текстурированной кремнистой стали и способу ее изготовления, а, в частности, к текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, и способу ее изготовления.
Уровень техники
Трансформатор представляет собой основной компонент в системе передачи электрической энергии. Его железный сердечник обычно изготавливают в результате шихтовки или намотки текстурированной кремнистой стали, где потери в железном сердечнике обычно обозначаются термином «потери в железе». Вследствие все большей явственности глобальных проблем в сфере энергетики и экологии во всем мире нарастает потребность в энергосбережении и уменьшении потребления энергии, и большое значение для национальной экономики и защиты окружающей среды, имеющей социальные последствия, имеет уменьшение потерь в железе для текстурированной кремнистой стали.
Измельченный магнитный домен, то есть, состояние при уменьшенной ширине магнитного домена, может обеспечить эффективное уменьшение потерь на аномальные вихревые токи, и это представляет собой важный способ уменьшения потерь в железе для текстурированной кремнистой стали. На предшествующем уровне техники магнитный домен измельчают в результате проведения скрайбирования на поверхности текстурированной кремнистой стали таким образом, чтобы уменьшить потери в железе. Способы измельчения магнитного домена в результате скрайбирования подразделяются на две категории в соответствии с эффектом от различного формирования канавок. Одна соответствует получению нетермостойкого измельченного магнитного домена в результате скрайбирования, где на поверхности текстурированной кремнистой стали в основном при использовании лазера, плазменного пучка, электронного пучка и тому подобного с определенным интервалом формируют область линейного термического напряжения таким образом, чтобы в окрестности данной области формировался бы слабомагнитный домен, что, тем самым, приводит к уменьшению ширины магнитного домена и уменьшению потерь в железе. После отжига для снятия напряжений по мере устранения термического напряжения при скрайбировании исчезает и эффект измельчения магнитного домена, обусловленный осуществлением данного способа, и после этого потери в железе возвращаются обратно к первоначальному уровню. Поэтому данный способ может быть использован только при изготовлении трансформаторов, имеющих шихтованный железный сердечник, без проведения отжига для снятия напряжений. Другая соответствует получению термостойкого измельченного магнитного домена в результате формирования канавок, где на поверхности текстурированной кремнистой стали в основном при использовании механических инструментов, электрохимического корродирования, лазерных пучков и тому подобного формируют область линейного термического напряжения таким образом, чтобы была бы перегруппирована внутренняя энергия в области, ширина магнитного домена уменьшается, что, тем самым, приводит к уменьшению потерь в железе. Потери в железе для текстурированной кремнистой стали, произведенной при использовании данного способа, не возвращаются обратно после отжига для снятия напряжений, и это может быть использовано для производства трансформаторов, имеющих сердечник, полученный в результате намотки, которые требуют проведения отжига для снятия напряжений. Трансформаторы, имеющие сердечник, полученный в результате намотки, в полной мере используют превосходные магнитные свойства текстурированной кремнистой стали в направлении прокатки и, таким образом, демонстрируют очевидные преимущества в сопоставлении с трансформаторами, имеющими шихтованный сердечник, применительно к потерям и шуму, так что они становятся популярными на рынке.
На предшествующем уровне техники способы измельчения магнитных доменов в результате формирования термостойких канавок обычно включают электрохимические, механические и лазерные варианты. Однако, формированию термостойких канавок при использовании электрохимического варианта свойственны усложненные методики, химическое загрязнение и неудовлетворительная контролируемость профиля и глубины канавки, таким образом, получение текстурированных кремнистых листовых сталей, обладающих стабильными и однородными магнитными свойствами, является затруднительным. Формирование термостойких канавок в результате механической прессовки предъявляет чрезвычайно высокие требования к зубчатым валкам механического устройства и приводит к быстрому изнашиванию зубчатых валков вследствие высокой твердости подстилающего слоя силиката магния на поверхности текстурированной кремнистой стали, что в результате приводит к возникновению больших издержек при массовом формировании канавок. Для формирования канавки в результате проведения многолучевого лазерного сканирования требуется высокая точность неоднократного позиционирования, и, таким образом, это является затруднительным при поточном производстве. При формировании канавок или зон переплавки в результате лазерного термического плавления имеет место тенденция к производству подобных кратерам выступов и брызг на краю и поблизости от края канавок, что в результате приводит к уменьшению коэффициента заполнения пакета сердечника для кремнистых тонколистовых сталей, и конечному трансформатору свойственен риск возникновения переключения магнитного поля между листами во время эксплуатации.
На основании этого ожидается получение текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, который характеризуется контролируемой морфологией канавки и демонстрирует наличие находящихся под контролем расплавленных отложений на краях, что, тем самым, обеспечивает измельчение магнитного домена и уменьшение потерь в железе. Между тем, потери в железе не ухудшаются после отжига для снятия напряжений, что широко используется при изготовлении трансформаторов, имеющих ленточный спиральный железный сердечник, и тому подобного.
Раскрытие сущности изобретения
Одна цель изобретения заключается в предложении текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, где морфология канавки для текстурированной кремнистой стали находится в контролируемом состоянии, и расплавленные отложения на краях очевидным образом находятся под контролем, что, тем самым, обеспечивает измельчение магнитного домена и уменьшение потерь в железе, и потери в железе не ухудшаются после отжига для снятия напряжений, что широко используется при изготовлении трансформаторов, имеющих ленточный спиральный железный сердечник, и тому подобного.
Для достижения вышеупомянутой цели в изобретении предлагается текстурированная кремнистая сталь, включающая термостойкий измельченный магнитный домен и характеризующаяся наличием множества параллельных канавок, сформированных в результате формирования канавок на поверхности одной стороны или обеих сторон текстурированной кремнистой стали, где каждая канавка простирается в направлении по ширине для текстурированной кремнистой стали, и множество упомянутых параллельных канавок равномерно распределяется вдоль направления прокатки текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен.
Кроме того, текстурированная кремнистая сталь, включающая термостойкий измельченный магнитный домен и соответствующая настоящему изобретению, где каждую упомянутую канавку, которая простирается в направлении по ширине для текстурированной кремнистой стали, формируют в результате сращивания множества подканавок, которые простираются в направлении по ширине для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен.
t
e
Кроме того, текстурированная кремнистая сталь, включающая термостойкий измельченный магнитный домен и соответствующая настоящему изобретению, где поперечное сечение каждой упомянутой подканавки в направлении по ширине для текстурированной кремнистой стали характеризуется профилем перевернутой трапеции, длинная сторона трапеции имеет длину L, и гипотенуза трапеции характеризуется проецируемой длиной l в направлении по ширине для текстурированной кремнистой стали.
e
Кроме того, текстурированная кремнистая сталь, включающая термостойкий измельченный магнитный домен и соответствующая настоящему изобретению, где длина l находится в диапазоне, составляющем не более, чем 8 мм.
e
e
e
В техническом решении настоящего изобретения изобретатель настоящего случая провел исследования и обнаружил то, что при превышении проецируемой длиной lгипотенузы трапеции в направлении по ширине для текстурированной кремнистой стали значения в 8 мм эффект измельчения магнитного домена является недостаточным, и потери в железе для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, в значительной степени не уменьшаются. Поэтому на диапазон значений проецируемой длины l гипотенузы трапеции в направлении по ширине для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, в настоящем изобретении накладывают ограничения значением, составляющим не более, чем 8 мм. Предпочтительно на диапазон значений lнакладывают ограничения значением, составляющим не более, чем 4 мм. В данном предпочтительном техническом решении текстурированная кремнистая сталь характеризуется низкими потерями в железе и высокой магнитной проницаемостью.
Кроме того, текстурированная кремнистая сталь, включающая термостойкий измельченный магнитный домен и соответствующая настоящему изобретению, где трапеция имеет высоту в диапазоне 5-60 мкм.
В техническом решении настоящего изобретения изобретатель настоящего случая провел исследования и обнаружил то, что при высоте m трапеции, составляющей менее, чем 5 мкм, эффект измельчения магнитного домена является недостаточным, и потери в железе для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, в значительной степени не уменьшаются; при высоте m трапеции, составляющей более, чем 60 мкм, серьезной является утечка потока магнитной индукции на канавке, и уменьшается магнитная проницаемость текстурированной кремнистой стали. Поэтому в настоящем изобретении на диапазон значений высоты m трапеции накладывают ограничения значением в диапазоне от 5 мкм до 60 мкм. Предпочтительно на высоту m трапеции накладывают ограничения значением в диапазоне 10 мкм - 45 мкм. В данном предпочтительном техническом решении текстурированная кремнистая сталь характеризуется низкими потерями в железе и высокой магнитной проницаемостью.
Кроме того, текстурированная кремнистая сталь, включающая термостойкий измельченный магнитный домен и соответствующая настоящему изобретению, где в числе множества упомянутых подканавок, которые формируют одну канавку, две примыкающие подканавки сращивают по варианту соединения друг с другом вплотную или перекрывания друг с другом или поперечного отстояния друг от друга.
b
Кроме того, текстурированная кремнистая сталь, включающая термостойкий измельченный магнитный домен и соответствующая настоящему изобретению, где две примыкающие подканавки характеризуются поперечным отстоянием l, составляющим не более, чем 10 мм, при их поперечном отстоянии друг от друга.
b
b
b
В техническом решении настоящего изобретения изобретатель настоящего случая провел исследования и обнаружил то, что поперечное отстояние l между двумя примыкающими подканавками оказывает значительное воздействие на магнитные свойства текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен. При поперечном отстоянии l, составляющем более, чем 10 мм, эффект измельчения магнитного домена не является очевидным, и потери в железе являются высокими. Поэтому на поперечное отстояние l между двумя примыкающими подканавками в настоящем изобретении накладывают ограничения значением, составляющим не более, чем 10 мм.
Кроме того, текстурированная кремнистая сталь, включающая термостойкий измельченный магнитный домен и соответствующая настоящему изобретению, где удовлетворяется следующая далее формула
e
b
t
(l+l)/L ≤ 0,2,
t
e
b
где L представляет собой длину длинной стороны трапеции, l представляет собой проецируемую длину гипотенузы трапеции в направлении по ширине для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, и l представляет собой боковое отстояние.
e
b
t
e
b
t
В техническом решении настоящего изобретения изобретатель настоящего случая провел исследования и обнаружил то, что при попадании значения (l+l)/L в пределы 0,20 степень улучшения потерь в железе для полученной текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, является большой, достигая 6% и более. При значении (l+l)/L, составляющем более, чем 0,2, эффект измельчения магнитного домена не является очевидным, и степень улучшения потерь в железе является маленькой.
c
e
Кроме того, текстурированная кремнистая сталь, включающая термостойкий измельченный магнитный домен и соответствующая настоящему изобретению, где две примыкающие подканавки характеризуются длиной перекрывания l секции перекрывания, не более, чем в 1,5 раза превышающей l, при перекрывании двух примыкающих подканавок друг с другом.
c
e
c
e
В техническом решении настоящего изобретения изобретатель настоящего случая провел исследования и обнаружил то, что при превышении длиной перекрывания l секции перекрывания 1,5-кратной проецируемой длины l гипотенузы трапеции в направлении по ширине для текстурированной кремнистой стали, включающей измельченный магнитный домен, магнитная проницаемость текстурированной кремнистой стали будет в значительной степени уменьшенной, и поэтому на длину перекрывания l секции перекрывания в настоящем изобретении накладывают ограничения значением, составляющим не более, чем в 1,5-кратная длина l гипотенузы в направлении по ширине для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен.
Кроме того, текстурированная кремнистая сталь, включающая термостойкий измельченный магнитный домен и соответствующая настоящему изобретению, где примыкающие канавки характеризуются отстоянием d в диапазоне 2-10 мм между друг другом.
В техническом решении настоящего изобретения изобретатель настоящего случая провел исследования и обнаружил то, что при демонстрации примыкающими канавками отстояния d, составляющего менее, чем 2 мм, между друг другом канавки располагаются избыточно плотно, что приводит к возникновению явно выраженного эффекта утечки потока магнитной индукции и вызывает падение магнитной проницаемости на более, чем 0,2 Тл; при демонстрации примыкающими канавками отстояния d, составляющего более, чем 10 мм, между друг другом эффект измельчения магнитного домена не является очевидным, и потери в железе являются относительно большими. Поэтому на отстояние d примыкающих канавок между друг другом в настоящем изобретении накладывают ограничения значением в диапазоне 2-10 мм.
0
Кроме того, текстурированная кремнистая сталь, включающая термостойкий измельченный магнитный домен и соответствующая настоящему изобретению, где примыкающие канавки характеризуются отстоянием d в диапазоне 2-10 мм, и множество подканавок, срощенных в одну канавку, характеризуется отстояниями смещения d, составляющими не более, чем 0,4d, в направлении прокатки текстурированной кремнистой стали.
0
0
0
В техническом решении настоящего изобретения изобретатель настоящего случая провел исследования и обнаружил то, что при соотношении между отстоянием смещения d для множества подканавок, срощенных в одну канавку, в направлении прокатки текстурированной кремнистой стали и отстоянием d примыкающих канавок между друг другом составляет более, чем 0,4, то есть, при значении do, составляющем более, чем 0,4d, магнитострикция для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий магнитный домен, в значительной степени вызывает возникновение шума, составляющего 60 дБА и более, а при значении d, составляющем менее, чем 0,4d, магнитострикционный шум для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, в значительной степени уменьшается. Поэтому на отстояние смещения d для множества подканавок, срощенных в одну канавку, в направлении прокатки текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, в настоящем изобретении накладывают ограничения значением, составляющим не более, чем 0,4d.
Кроме того, текстурированная кремнистая сталь, включающая термостойкий измельченный магнитный домен и соответствующая настоящему изобретению, где способом формирования канавок является, по меньшей мере, один представитель, выбираемый из лазерного формирования канавок, электрохимического формирования канавок, формирования канавок при использовании зубчатого валка и формирование канавок при использовании водной струи высокого давления.
Кроме того, текстурированная кремнистая сталь, включающая термостойкий измельченный магнитный домен и соответствующая настоящему изобретению, где формирование канавок является лазерным формированием канавок.
В соответствии с этим, еще одна цель изобретения заключается в предложении способа изготовления вышеупомянутой текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен. Данный способ обеспечивает эффективное уменьшение количества термодиффузионных отложений, сформированных в результате лазерной абляции, при использовании рационального дизайна лазерного пучка и избегание возникновения проблемы, связанной с неточным позиционированием, обусловленным неоднократным лазерным сканированием, что, тем самым, обеспечивает эффективное измельчение магнитного домена, уменьшение потерь в железе и предотвращение ухудшения потерь в железе для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, после отжига для снятия напряжений.
Для достижения вышеупомянутой цели в изобретении предлагается способ изготовления текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, включающий стадии: формирования канавок на поверхности одной стороны или обеих сторон текстурированной кремнистой стали в результате лазерного формирования канавок, где лазерный пучок при лазерном формировании канавок расщепляют на множество подпучков при использовании расщепителя пучка для формирования множества подканавок, которые сращивают в одну канавку.
В способе настоящего изобретения после испускания из лазера лазерного пучка при лазерном формировании канавок пучок проходит через расщепитель пучка для формирования множества подпучков, которые фокусируются на поверхности листовой стали при формировании группы из параллельных световых пятен, формируя, таким образом, множество подканавок, которые сращивают в одну канавку. После прохождения лазерного пучка через расщепитель пучка плотность энергии подпучковых пятен уменьшается, и между световыми пятнами имеет место определенный дефицит мощности. Увеличение температуры в одной точке на поверхности текстурированной кремнистой стали представляет двойственные характеристики в виде краткого охлаждения и быстрого накопления, что, тем самым, позволяет преодолеть проблемы, связанные с термическим плавлением и деформацией, обусловленными непрерывным накоплением тепла в традиционном способе формирования канавок с длинными пятнами, таким образом, чтобы морфология канавки для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, настоящего изобретения находилась бы в контролируемом состоянии, и расплавленные отложения на краю могли бы в значительной степени находиться под контролем.
Как это необходимо отметить, в некоторых вариантах осуществления подпучки перемещаются на поверхности текстурированной кремнистой стали по варианту рисунка решетки. Сформированные подпятна могут быть скомпонованы в одиночном ряду или во множестве рядов, и их профили могут быть круглыми или эллиптическими. В дополнение к этому, при формировании подпучками множества подканавок, которые сращивают в одну канавку на поверхности текстурированной кремнистой стали, поперечное сечение подканавки в направлении по ширине для текстурированно кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, может характеризоваться профилем перевернутой трапеции.
2
Кроме того, способ, соответствующий настоящему изобретению, где источник накачки для генерирования лазера, использованный для лазерного формирования канавок, является, по меньшей мере, одним представителем, выбираемым из СО-лазеров, твердотельных лазеров и оптоволоконных лазеров.
5
2
11
2
Кроме того, способ, соответствующий настоящему изобретению, где подпятно, сформированное при использовании одиночного упомянутого подпучка на поверхности текстурированной кремнистой стали, характеризуется плотностью мгновенной пиковой мощности одиночного импульса в диапазоне 5,0 × 10 Вт/мм - 5,0 × 10 Вт/мм.
5
2
5
2
11
2
5
2
11
2
В способе настоящего изобретения изобретатель настоящего случая провел исследования и обнаружил то, что при плотности мгновенной пиковой мощности одиночного импульса для подпятна, сформированного при использовании одного подпучка на поверхности текстурированной кремнистой стали, составляющей 5,0 × 10Вт/мм и более, после прохождения лазерного пучка через расщепитель пучка может быть измельчен магнитный домен для текстурированной кремнистой стали, могут быть уменьшены потери в железе, и, между тем, на обеих сторонах канавки не могут быть сформированы на какие-либо очевидные отложения, что, тем самым, позволяет избежать уменьшения коэффициента заполнения пакета сердечника. Это обуславливается тем, что при плотности мгновенной пиковой мощности одиночного импульса для подпятна, составляющей менее, чем 5,0 × 10 Вт/мм, поверхность текстурированной кремнистой стали не может достичь температуры плавления или испарения во время лазерного сканирования, и материал локальной микрозоны для текстурированной кремнистой стали не может быть эффективно подвергнут абляции и снятию внешнего слоя, что приводит к невозможности формирования канавки, необходимой для измельчения магнитного домена. Но при чрезмерно большой плотности мгновенной пиковой мощности одиночного импульса для подпятна, превышающей 5,0 × 10 Вт/мм, чрезмерно большая мгновенная энергия будет стимулировать чрезмерно большое увеличение температуры поверхности текстурированной кремнистой стали. Следовательно, с одной стороны, избыточное тепло будет диффундировать в окружающую среду, что приводит к возникновению термической деформации текстурированной кремнистой стали. С другой стороны, расплавленные или испаренные вещества будут накапливаться поблизости от канавки, что в значительной степени уменьшает коэффициент заполнения пакета сердечника для текстурированной кремнистой стали и во время эксплуатации легко обеспечивает наличие проводимости у сердечника трансформатора, сформированного в результате набора пакета сердечника из текстурированной кремнистой стали, что увеличивает риск пробоя для трансформатора во время использования. Поэтому изобретатель настоящего изобретения накладывает ограничения на плотность мгновенной пиковой мощности одиночного импульса для подпятна, сформированного при использовании одиночного подпучка на поверхности текстурированной кремнистой стали, значением в диапазоне 5,0 × 10 Вт/мм - 5,0 × 10 Вт/мм.
Кроме того, способ, соответствующий настоящему изобретению, где соотношение между плотностью мгновенной максимальной пиковой мощности одиночного импульса и плотностью мгновенной минимальной пиковой мощности одиночного импульса для подпятна составляет не более, чем 20.
В способе настоящего изобретения изобретатель настоящего случая провел исследования и обнаружил то, что при чрезмерно большой разности плотностей мгновенных пиковых мощностей одиночных импульсов для подпятна, то есть, при соотношении между плотностью мгновенной максимальной пиковой мощности одиночного импульса и плотностью мгновенной минимальной пиковой мощности одиночного импульса для подпятна, составляющем более, чем 20, в значительной степени уменьшается эффективность абляции для формирования канавок, потери в железе в значительной степени не уменьшаются, и на обеих сторонах канавки появляются определенные отложения. Поэтому изобретатель настоящего изобретения накладывает ограничения на соотношение между плотностью мгновенной максимальной пиковой мощности одиночного импульса и плотностью мгновенной минимальной пиковой мощности одиночного импульса для подпятна значением, составляющим не более, чем 20.
Кроме того, способ, соответствующий нестоящему изобретению, где соотношение между диаметром подпятна и интервалом между фокальными центрами подпятен находится в диапазоне 0,1-0,8.
В способе настоящего изобретения изобретатель настоящего случая провел исследования и обнаружил то, что размеры и отстояния подпятен оказывают значительное воздействие на магнитные свойства текстурированной кремнистой стали. Это обуславливается тем, что при чрезмерно больших подпятнах и чрезмерно маленьких их отстояниях очевидной является суперпозиция энергии абляции для подпятен, и материал на поверхности текстурированной кремнистой стали расплавляется до расплавленного материала, что стимулирует уменьшение коэффициента заполнения пакета сердечника; наоборот, при чрезмерно маленьких подпятнах и чрезмерно больших их отстояниях подвергшейся абляции части, которая формируется после осуществления подпятнами абляции для текстурированной кремнистой стали, требуется более продолжительный временной промежуток для приема энергии от следующего подпятна. В данный момент в значительной степени уменьшается температура части, подвергшейся абляции, материал микрозоны на поверхности текстурированной кремнистой стали не может отслоиться, и магнитный домен не может измельчиться для уменьшения потерь в железе. Как это обнаружил изобретатель данного изобретения в результате проведения неоднократных экспериментов, для соотношения между диаметром подпятна и интервалом между фокальными центрами подпятен, составляющего менее, чем 0,1, степень уменьшения потерь в железе является ограниченной, а для данного соотношения, составляющего более, чем 0,8, в значительной степени уменьшается коэффициент заполнения пакета сердечника, и для данного соотношения в диапазоне от 0,1 до 0,8 потери в железе для текстурированной кремнистой стали в значительной степени уменьшаются, и коэффициент заполнения пакета сердечника является большим. Поэтому изобретатель настоящего изобретения накладывает на соотношение между диаметром подпятна и интервалом между фокальными центрами подпятен ограничения значением в диапазоне от 0,1 до 0,8.
Кроме того, способ, соответствующий нестоящему изобретению, где множество подпятен, сформированных при использовании множества подпучков на поверхности текстурированной кремнистой стали, имеет совокупную длину, составляющую не более, чем 20 мм в направлении лазерного сканирования.
e
В способе настоящего изобретения изобретатель настоящего случая провел исследования и обнаружил то, что при совокупной длине множества подпятен, сформированных при использовании множества подпучков на поверхности текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, составляющей более, чем 20 мм в направлении лазерного сканирования, проецируемая длина l гипотенузы трапеции в направлении по ширине для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, составляет более, чем 8 мм, эффект измельчения магнитного домена является ограниченным, и степень уменьшения потерь в железе является маленькой. Поэтому изобретатель настоящего изобретения накладывает на совокупную длину множества подпятен, сформированных при использовании множества подпучков на поверхности текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, ограничения значением, составляющим не более, чем 20 мм.
Кроме того, способ, соответствующий нестоящему изобретению, где лазерное формирование канавок проводят до или после стадии обезуглероживающего отжига для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, или до или после стадии отжига для горячего растяжения и правки в отношении текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен.
В сопоставлении с предшествующим уровнем техники текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, и способу для нее свойственны следующие далее выгодные эффекты.
Морфология канавки для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, находится в контролируемом состоянии, и расплавленные отложения на краях очевидным образом находятся под контролем, что, тем самым, приводит к измельчению магнитного домена и уменьшению потерь в железе, и потери в железе не ухудшаются после отжига для снятия напряжений.
Способ изготовления текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, настоящего изобретения при использовании надлежащего дизайна лазерного пучка обеспечивает эффективное уменьшение количества термодиффундированных отложений, сформированных в результате лазерной абляции, и избегание возникновения проблемы, связанной с неточным позиционированием, обусловленным неоднократным лазерным сканированием, что, тем самым, приводит к эффективному измельчению магнитного домена, уменьшению потерь в железе и предотвращению ухудшения потерь в железе для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, после отжига для снятия напряжений. Способ характеризуется высокой эффективностью и низкими издержками, что широко используется при изготовлении трансформаторов, имеющих ленточный спиральный железный сердечник, и тому подобного. Краткое описание чертежей
Фигура 1 представляет собой схематическое изображение, демонстрирующее структуру канавок для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, в некоторых вариантах осуществления, соответствующих настоящему изобретению;
Фигура 2 представляет собой схематическое изображение, демонстрирующее структуру любой подканавки для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, в определенных вариантах осуществления, соответствующих настоящему изобретению;
Фигура 3 представляет собой схематическое изображение, демонстрирующее лазерную спектроскопию в способе изготовления текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, соответствующем настоящему изобретению;
Фигура 4 представляет собой схематическое изображение, демонстрирующее лазерное формирование канавок под одним углом зрения в способе изготовления текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, соответствующем настоящему изобретению;
Фигура 5 представляет собой схематическое изображение, демонстрирующее лазерное формирование канавок под еще одним углом зрения в способе изготовления текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, соответствующем настоящему изобретению;
На фигуре 6 иллюстрируются профиль и компоновка подпятен, сформированных при использовании подпучков в определенных вариантах осуществления способа изготовления текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, соответствующего настоящему изобретению;
На фигуре 7 иллюстрируются профиль и компоновка подпятен, сформированных при использовании подпучков в других вариантах осуществления способа изготовления текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, соответствующего настоящему изобретению;
На фигуре 8 иллюстрируются профиль и компоновка подпятен, сформированных при использовании подпучков в дополнительных вариантах осуществления способа изготовления текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, соответствующего настоящему изобретению;
На фигуре 9 иллюстрируются профиль и компоновка подпятен, сформированных при использовании подпучков в некоторых вариантах осуществления способа изготовления текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, соответствующего настоящему изобретению;
На фигуре 10 иллюстрируются профиль и компоновка подпятен, сформированных при использовании подпучков в некоторых других вариантах осуществления способа изготовления текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, соответствующего настоящему изобретению;
На фигуре 11 иллюстрируются профиль и компоновка подпятен, сформированных при использовании подпучков в других еще вариантах осуществления способа изготовления текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, соответствующего настоящему изобретению.
Осуществление изобретения
В ходе следующего далее изложения будут дополнительно разъяснены и описаны текстурированная кремнистая сталь, включающая термостойкий измельченный магнитный домен, и способ, соответствующие настоящему изобретению, в связи с описанием чертежей и конкретных вариантов осуществления. Однако, разъяснение и описание не накладывают ненадлежащих ограничений на технические решения настоящего изобретения.
b
c.
0
Как это можно видеть исходя из фигуры 1, каждая канавка 1 для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, в данном техническом решении простирается в направлении по ширине А, и множество упомянутых параллельных канавок 1 равномерно распределяются вдоль направления прокатки В. Направление по ширине А является перпендикулярным направлению прокатки В для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, из примера 1. Каждую канавку 1 формируют в результате сращивания множества подканавок 2, которые простираются в направлении по ширине А. Две примыкающие подканавки 2 перекрываются друг с другом или характеризуются поперечным отстоянием l между друг другом, и длина перекрывания для секции перекрывания, сформированной в результате перекрывания друг с другом, представляет собой l Две примыкающие канавки 1 характеризуются отстоянием d, и подканавки 2 характеризуются отстояниями смещения d в направлении прокатки В.
t
e
Как это можно видеть при дальнейшем обращении к фигуре 2, поперечное сечение любой подканавки 2 для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, из примера 1 в направлении по ширине А характеризуется профилем перевернутой трапеции, длинная сторона трапеции имеет длину L, гипотенуза трапеции характеризуется проецируемой длиной l в направлении по ширине А, и трапеция имеет высоту m.
2
Как это можно видеть исходя из фигуры 3, фигуры 4 и фигуры 5 при необходимости в сочетании с фигурой 1 и фигурой 2, в способе изготовления текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, из примера 1 лазерный пучок 3 для лазерного формирования канавки расщепляют на множество подпучков 5 при использовании расщепителя пучка 4, и множеством подпучков 5 проводят сканирование вдоль направления по ширине А для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, из примера 1 в целях формирования множества подканавок 2, которые сращивают в одну канавку 1. 6, 7, 8, 9, 10 представляют собой различные типы лазеров, и в данном варианте осуществления они могут представлять собой CO-лазеры, твердотельные лазеры, оптоволоконные лазеры и тому подобное.
На фигуре 6, фигуре 7, фигуре 8, фигуре 9, фигуре 10 и фигуре 11, соответственно, демонстрируются профили и компоновки подпятен, сформированных при использовании подпучков в различных вариантах осуществления способа изготовления текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен. Как это можно видеть, они представляют собой, соответственно, одиночный ряд круглых пятен, одиночный ряд эллиптических пятен, два ряда круглых пятен, два ряда эллиптических пятен и два ряда эллиптических пятен. Как это необходимо отметить, профили и компоновки данных пятен представляют собой только примеры и схемы и не имеют своей целью наложение ограничений на данное техническое решение.
Ниже в данном техническом решении будут использоваться конкретные данные из примеров в целях дополнительного описания технического решения для данного изобретения и доказательства выгодных эффектов от него.
Примеры 1-22 и сравнительные примеры 1-10
В таблице 1 перечисляются характеристические параметры канавок для текстурированных кремнистых сталей, включающих термостойкий измельченный магнитный домен, из примеров 1 - 22 и сравнительных примеров 1-10.
e
b
t
В их числе σ=(l+l)/L.
Текстурированные кремнистые стали, включающие термостойкий измельченный магнитный домен, из примеров 1-22 и сравнительных примеров 1-10 получают в результате проведения следующих далее стадий:
(1) проведение выплавки чугуна, выплавки стали, непрерывной разливки и горячей прокатки для текстурированной кремнистой стали, а после этого холодной прокатки до конечной толщины 0,23 мм;
(2) проведение обезуглероживающего отжига при 850°С, после этого нанесение покрытия из разделительного агента MgO на поверхность после формирования оксидного слоя и прокатка для получения рулонных сталей;
(3) отжиг при высокой температуре 1200°С на протяжении 20 часов, после этого нанесение покрытия из разделительного агента на поверхность и проведение окончательного отжига для получения текстурированной кремнистой стали;
(4) воплощение лазерного формирования канавок на поверхности одной стороны текстурированной кремнистой стали (конкретные технологические параметры для лазерного формирования канавок перечисляются в таблице 2).
В таблице 2 перечисляются конкретные технологические параметры для стадии (4) в способе изготовления текстурированных кремнистых сталей, включающих термостойкий измельченный магнитный домен, из примеров 1-22 и сравнительных примеров 1-10.
8
17/50
8
17/50
Текстурированные кремнистые стали, включающие термостойкий измельченный магнитный домен, из примеров 1-22 и сравнительных примеров 1-10 подвергали испытаниям на эксплуатационные характеристики магнитной проводимости (В) и потери в железе (P) до и после лазерного формирования канавок, говоря конкретно, при использовании метода Эпштейна в целях проведения испытания на плотность магнитного потока для текстурированной кремнистой стали при возбуждающем магнитном поле 800 А/м, и получали значения B в Тл; метод Эпштейна использовали для проведения испытания на неэффективную электрическую энергию, потребляемую в результате намагничивания текстурированной кремнистой стали при достижении плотностью магнитного потока 1,7 Тл для возбуждающего поля в условиях переменного тока при 50 Гц, и получали значения Р в Вт/кг. Результаты испытаний перечисляются в таблице 3.
Как это можно видеть исходя из таблицы 3, в примерах 1-22 демонстрируются хорошие характеристики потерь в железе и магнитной проводимости, и во всех случаях степени улучшения потерь в железе после лазерного формирования канавок составляют более, чем 6% в сопоставлении с тем, что имеет место до лазерного формирования канавок.
Трапеция из сравнительного примера 1 имеет высоту m, которая не попадает в пределы объема настоящего изобретения, и для него степень улучшения потерь в железе составляет менее, чем 6%.
8
Несмотря на демонстрацию в сравнительных примерах 2 и 3 большей степени улучшения потерь в железе при формировании канавок их высоты m трапеции являются чрезмерно большими и выходят за пределы объема настоящего изобретения, что в результате приводит к значительному уменьшению плотности магнитного потока В.
b
e
Поперечное отстояние l между двумя примыкающими подканавками из сравнительного примера 4 и проецируемая длина l гипотенузы трапеции из сравнительного примера 5 в направлении по ширине для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, не попадают в пределы объема настоящего изобретения. Поэтому степени улучшения потерь в железе при формировании канавок являются неудовлетворительными.
t
b
c
В сравнительном примере 6 длина L длинной стороны трапеции, поперечное отстояние l между двумя примыкающими подканавками и проецируемая длина l гипотенузы трапеции в направлении по ширине для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, не попадают в пределы диапазона формулы изобретения, таким образом, что текстурированная кремнистая листовая сталь, характеризующаяся в значительной степени улучшенными потерями в железе, получена быть не может.
c
В сравнительных примерах 7 и 8 вследствие выхода длин перекрывания l секции перекрывания, формируемой в результате перекрывания двух примыкающих подканавок, за пределы объема настоящего изобретения текстурированная кремнистая листовая сталь, характеризующаяся в значительной степени улучшенными потерями в железе, получена быть не может.
8
В сравнительном примере 9 отстояние d между примыкающими канавками является чрезмерно маленьким, что выходит за нижний предел для объема настоящего изобретения таким образом, что несмотря на очевидное улучшение потерь в железе плотность магнитного потока В в значительной степени уменьшается; в то время как в сравнительном примере 10 отстояние d между примыкающими канавками выходит за верхнее предельное значение для объема настоящего изобретения таким образом, что степень улучшения потерь в железе является маленькой, и текстурированная кремнистая листовая сталь, обладающая хорошими магнитными свойствами, не может быть получена.
Примеры 23-37 и сравнительные примеры 11-15
В таблице 4 перечисляются характеристические параметры канавок для текстурированных кремнистых сталей, включающих термостойкий измельченный магнитный домен, из примеров 23-37 и сравнительных примеров 11-15.
c
b
t
В их числе σ=(l+l)/L.
Текстурированные кремнистые стали, включающие термостойкий измельченный магнитный домен, из примеров 23-37 и сравнительных примеров 11-15 получают в результате проведения следующих далее стадий:
(1) проведение выплавки чугуна, выплавки стали и горячей прокатки при использовании текстурированной кремнистой стали, а после этого холодной прокатки до толщины 0,26 мм;
(2) воплощение лазерного формирования канавок на поверхности обеих сторон холоднокатаного толстого листа (конкретные технологические параметры для лазерного формирования канавок перечисляются в таблице 5).
(3) проведение обезуглероживающего отжига при 850°С для холоднокатаного толстого листа после формирования канавок, после этого нанесение покрытия из разделительного агента MgO на его поверхность после формирования оксидного слоя и прокатка для получения рулонных сталей;
(4) отжиг при высокой температуре 1200°С на протяжении 20 часов, после этого нанесение покрытия из разделительного агента на поверхность и проведение окончательного отжига для получения кремнистой листовой стали.
В таблице 5 перечисляются конкретные технологические параметры для стадии (2) в способе изготовления текстурированных кремнистых сталей, включающих термостойкий измельченный магнитный домен, из примеров 23-27 и сравнительных примеров 11-15.
8
17/50
8
17/50
Текстурированные кремнистые стали, включающие термостойкий измельченный магнитный домен, из примеров 23-27 и сравнительных примеров 11-15 подвергали испытаниям на эксплуатационные характеристики магнитной проводимости (В) и потери в железе (P), говоря конкретно, при использовании метода Эпштейна в целях проведения испытания на плотность магнитного потока для текстурированной кремнистой стали при возбуждающем магнитном поле 800 А/м, и получали значения В в Тл; метод Эпштейна использовали для проведения испытания на неэффективную электрическую энергию, потребляемую в результате намагничивания текстурированной кремнистой стали при достижении плотностью магнитного потока 1,7 Тл для возбуждающего поля в условиях переменного тока при 50 Гц, и получали значения Ρ17/50 в Вт/кг. Испытания на значения AWV в отношении магнитострикционного шума в условиях переменного тока для текстурированных кремнистых сталей, включающих термостойкий измельченный магнитный домен, из примеров 23-37 и сравнительных примеров 11-15 проводили при использовании метода одного листа SST100 × 500, и единица измерения представляет собой дБА. Результаты испытаний перечисляются в таблице 6.
17/50
8
0
Как это можно видеть исходя из таблицы 6, как потери в железе P, так и значения плотности магнитного потока В из примеров 23-37 и сравнительных примеров 11-15 являются хорошими, в то время как значения d/d из сравнительных примеров 11-15 не попадают в пределы объема настоящего изобретения, что с очевидностью делает магнитострикционный шум в условиях переменного тока интенсивным.
Примеры 38-54 и сравнительные примеры 16-21
В таблице 7 перечисляются характеристические параметры канавок для текстурированной кремнистой стали, включающей термостойкий измельченный магнитный домен, из примеров 38-54 и сравнительных примеров 16-21.
c
b
t
В их числе σ=(l+l)/L.
Текстурированные кремнистые стали, включающие термостойкий измельченный магнитный домен, из примеров 38 - 54 и сравнительных примеров 16-21 получают в результате проведения следующих далее стадий:
(1) проведение выплавки чугуна, выплавки стали и горячей прокатки для текстурированной кремнистой стали, а после этого холодной прокатки до толщины 0,226 мм;
(2) проведение обезуглероживающего отжига и нанесение покрытия из разделительного агента MgO на поверхность листовой стали и высушивание в печи, после этого прокатка для получения рулонных сталей;
(3) отжиг при высокой температуре 1200°С на протяжении 20 часов и смывание непрореагировавших остатков MgO на поверхности для получения холоднокатаного толстого листа;
(4) воплощение лазерного формирования канавок на поверхности одной стороны холоднокатаного толстого листа, и конкретные технологические параметры перечисляются в таблице 8;
(5) нанесение покрытия из разделительного агента на поверхность и проведение окончательного отжига для получения кремнистой листовой стали.
В таблице 8 перечисляются конкретные технологические параметры для стадии (4) в способе изготовления текстурированных кремнистых сталей, включающих термостойкий измельченный магнитный домен, из примеров 38-54 и сравнительных примеров 16-21.
8
17/50
8
17/50
Текстурированные кремнистые стали, включающие термостойкий измельченный магнитный домен, из примеров 38-54 и сравнительных примеров 16-21 подвергали испытаниям на эксплуатационные характеристики магнитной проводимости (В) и потери в железе (P), говоря конкретно, при использовании метода Эпштейна в целях проведения испытания на плотность магнитного потока для текстурированной кремнистой стали при возбуждающем магнитном поле 800 А/м, и получали значения В в Тл; метод Эпштейна использовали для проведения испытания на неэффективную электрическую энергию, потребляемую в результате намагничивания текстурированной кремнистой стали при достижении плотностью магнитного потока 1,7 Тл для возбуждающего поля в условиях переменного тока при 50 Гц, и получали значения Рв Вт/кг. В целях проведения испытания на коэффициенты заполнения пакета сердечника для текстурированных кремнистых сталей, включающих термостойкий измельченный магнитный домен, из примеров 38-54 и сравнительных примеров 16-21 использовали документ «Method for measuring density, resistivity and stacking factor of an electrical steel sheet (strip) in GB/T19289-2003». Результаты испытаний перечисляются в таблице 9.
17/50
Как это можно видеть исходя из таблицы 9, все значения Ρ и В8 из примеров 38 ~ 54 в данном случае являются хорошими.
17/50
В сравнительных примерах 16 и 17 плотности мгновенных пиковых мощностей одиночных импульсов для подпятен не попадают в пределы объема настоящего изобретения. Значение Ρ для кремнистой листовой стали из сравнительного примера 16 очевидным образом является неудовлетворительным, а коэффициент заполнения пакета сердечника из сравнительного примера 17 в значительной степени является уменьшенным;
В сравнительном примере 18 соотношение между максимальным значением и минимальным значением плотности мгновенной пиковой мощности одиночного пика для субпятна не попадает в пределы объема настоящего изобретения, что в результате приводит к получению неудовлетворительных магнитных эксплуатационных характеристик и неудовлетворительного коэффициента заполнения пакета сердечника;
17/50
17/50
В сравнительных примерах 19 и 20 соотношение между диаметром подпятна и интервалом между фокальными центрами подпятен не попадает в пределы объема настоящего изобретения. Значение Р из сравнительного примера 19 является неудовлетворительным, и неудовлетворительными являются значение Ρ и коэффициент заполнения пакета сердечника из сравнительного примера 20;
17/50
В сравнительном примере 21 совокупная длина множества подпятен в направлении лазерного сканирования не попадает в пределы объема настоящего изобретения, что делает значение Ρ неудовлетворительным.
Как это необходимо отметить, на ограничительную часть формулы изобретения в объеме правовой охраны настоящего изобретения не накладывают ограничений вариантами осуществления, представленными в данном документе заявки, и в объем правовой охраны настоящего изобретения может быть включен весь предшествующий уровень техники, который не противоречит решению настоящего изобретения, включая нижеследующее, но не ограничиваясь только этим: предшествующие патентные документы, предшествующие публикации, открытое преждепользование и тому подобное.
В дополнение к этому, на комбинацию из различных технических признаков в данном случае не накладывают ограничений комбинацией, описанной в формуле изобретения для данного случая, или комбинацией, описанной в конкретных вариантах осуществления. Все технические признаки, описанные в данном случае, могут быть свободно скомбинированы или интегрированы любым образом, если только между ними не будут возникать конфликты.
Как это также необходимо отметить, варианты осуществления, перечисленные выше, являются только конкретными вариантами осуществления настоящего изобретения. Как это очевидно, на настоящее изобретение не накладывают ограничений вышеупомянутыми вариантами осуществления, и в объем правовой охраны настоящего изобретения должны попадать последующие подобные изменения или модифицирования, которые могут быть непосредственно произведены специалистами в соответствующей области техники из раскрытия настоящего изобретения или легко ассоциированы ими с данным раскрытием изобретения.