CN102002567A - 一种取向高硅钢薄板的制备方法 - Google Patents

一种取向高硅钢薄板的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种取向高硅钢薄板的制备方法，属于金属材料制备技术领域。工艺包括如下步骤：(1)采用定向凝固方式获得<100>方向生长的柱状晶，凝固速率控制在0.6~15mm/min，温度梯度控在60~400K/cm；(2)热轧，板坯加热，加热温度为800~1300℃，再经热轧到1.0~4.0mm的薄钢板；(3)热轧板经过退火热处理及酸洗，温轧得到0.8~0.4mm的板材；(4)温轧板热处理，然后进行多道次冷轧，然后进行二次再结晶退火制得取向高硅钢。本发明的优点在于，利用定向凝固方法从材料制备源头控制组织和晶粒取向，并通过冷轧方法制备该合金取向板材，能极大的改善高硅钢的软磁性能。所制备出来的冷轧薄带具有良好的板型。

Description

一种取向高硅钢薄板的制备方法
技术领域
本发明属于金属材料制备技术领域，涉及一种含硼取向高硅钢薄板的制备方法。
背景技术
高硅钢一般指硅含量高于3.5%（重量百分比，下同）的硅钢。随着硅含量的增加，高硅钢表现出优异的软磁性能，如低的磁致伸缩系数，铁损大幅减小，高的电阻率和磁导率等，非常适合制造高速高频电机、音频和视频磁头材料、扼流线圈和高频下的磁屏蔽等。
但室温下高硅钢硬而且脆，加工性能很差，难以采用常规的轧制方法加工成薄板，取向高硅钢薄板更是非常困难制备。长期以来，人们一直致力于高硅钢合金薄板的开发研制。日本Y.Takada等人在Journal of Applied Physis, 64(10): 5367-5369, 1988, Commercial scale production of Fe-6.5wt. % Si sheet and its magnetic properties中报道的化学气相沉积法（CVD），其原理是在普通硅钢板表面进行渗硅处理，通过均匀化扩散热处理使整个薄板横截面硅含量达到6.5 %，但工艺流程复杂，同时渗硅用到的原料SiCl4对环境有污染。林均品等在《前沿科学》，2:13-26，2007，“6.5wt%Si高硅钢冷轧薄板制备工艺、结构和性能”中报道通过传统热轧-冷轧工艺制备该合金薄带，制备的冷轧薄带具有良好的板形，表面具有金属光泽。日本专利“Production of grain oriented high-Si silicon steel sheet ”（JP63089622A）提及通过特殊热轧、温轧、冷轧工艺制备0.2mm厚的6.5%Si高硅钢薄板，采用MnS或AlN为抑制剂，可以经二次再结晶获得(110)[001]织构。中国专利“一种高硅取向硅钢薄板的制备方法”（CN100999822A）描述的制备方法为在普通硅钢薄板上首先溅射沉积一层硅铁合金膜，之后沉积一层AlN、TiN或MgO等覆层，经轧制和热处理，最终表面形成一层取向Fe/Si膜，缺点是薄带尺寸受限，很难保证整个基材板面Fe/Si成份均匀，不利于大规模生产和应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种取向高硅钢薄板的冷轧制备方法，从材料制备源头改善组织和控制晶粒取向，从而简化后续工艺流程，提高产品的加工性能以及磁性能。
定向凝固技术可以改善金属间化合物力学性能，消除横向晶界、内部缩孔等凝固缺陷，同时能减少偏析，获得均匀、致密、纯净度高的金属铸锭。另外可以获得取向单一的柱状晶组织。硼的加入可以增强晶粒见的结合，细化晶粒组织，从而改善加工性能。
为达上述目的，本发明的技术解决方案是，一种取向高硅钢薄板的制备方法，包括如下步骤：
(a)定向凝固高硅钢铸坯，熔体温度在1500~1600℃之间，凝固速率控制在0.6~15mm/min，温度梯度控在60~400K/cm；
(b)热轧，铸态板坯经过加热，热轧形成薄钢板；
(c)温轧，热轧板经过退火热处理后，进行温轧；
(d)冷轧，温轧板经退火处理和酸洗，冷轧多道次到0.1~0.5mm，然后进行二次再结晶退火制得取向高硅钢板。
其中定向板坯的化学成分及重量百分比为：Si 4.0~8.5，B 0.001~0.2，Mn 0.01~0.2，P <0.01，Al <0.02，C 0.0015~0.022，S 0.0025~0.0056，O <0.004，其余为Fe和不可避免的杂质。
其中所述步骤(a)的定向铸坯厚度为5~25mm；
所述步骤(b)加热温度为800~1300℃，保温10~70分钟，最终热轧薄板厚度为1.0~4.0mm。
所述步骤(c)中所述退火热处理为将热轧板在650~1100℃保温1.5~4.0小时后水或盐水中冷却；所述步骤(c)温轧在200~750℃进行，轧后薄板厚度为0.8~0.4mm。
本发明的优点在于：
本发明提出采用定向凝固技术制备<100>方向生长的高硅钢晶粒组织，改善了材料加工性能，通过热轧、温轧、冷轧等传统工艺成功制备出厚度为0.1~0.5mm的高硅钢板，经过二次再结晶获得取向组织。利用此方法，工艺流程得到简化，制备周期缩短。同时由于此种取向高硅钢具有优异的软磁性能，因而具有广泛的实用性。
附图说明
图1 定向凝固铸锭典型显微组织；
图2 热轧后薄板的宏观形貌；
图3 冷轧后坯料宏观形貌。
具体实施方式
实施例1
（1）    原料准备：母钢锭的硅含量为5.0%，硼含量为800ppm；
（2）    定向凝固：熔体温度1520℃，凝固速率为1.2mm/min，温度梯度为90K/cm，定向凝固得到的铸坯板厚20mm，典型的金相组织如图1所示；
（3）    板坯加热，热轧开轧温度为1100℃，终轧温度为500℃，最终板坯轧至1.6mm，如图2所示；
（4）    热轧薄板热处理：950℃保温2小时，冰水中快速冷却；
（5）    温轧：温轧开轧温度500℃，终轧温度200℃，经多道次轧制，最终厚度0.6mm；
（6）    温轧板热处理：700℃保温1.5小时，盐水中快冷；
（7）    冷轧：将热处理的温轧板酸洗，然后经多道次轧制0.4mm；其表面形貌如图3所示。
（8）    对冷轧板进行二次再结晶，获得的板材组织具有取向。
实施例2
（1）    原料准备：母钢锭的硅含量为6.5%，硼含量1500ppm；
（2）    定向凝固：熔体温度1540℃，凝固速率为10mm/min，温度梯度为200K/cm，定向凝固得到的铸坯厚度8mm；
（3）    热轧，板坯加热至1200℃，保温1小时，热轧在700~1200℃区间进行，最终板坯厚度2.6mm；
（4）    热轧薄板热处理：950℃保温2小时，冰水中快速冷却；
（5）    温轧：温轧开轧温度700℃，终轧温度300℃，经多道次轧制，最终厚度0.8mm；
（6）    温轧板热处理：900℃保温3小时，盐水中快冷；
（7）    冷轧：将热处理的温轧板酸洗，然后经多道次轧制0.3mm；
（8）    对冷轧板进行二次再结晶，获得的板材组织具有取向。
实施例3
（1）    原料准备：母钢锭的硅含量为8.5%，硼含量80ppm；
（2）    定向凝固：熔体温度1580℃，凝固速率为15mm/min，温度梯度为300K/cm，定向凝固得到的铸坯厚度16mm；
（3）    热轧，板坯加热至1050℃，保温1小时，热轧在700~1050℃区间进行，最终板坯厚度2.0mm；
（4）    热轧薄板热处理：950℃保温2小时，冰水中快速冷却；
（5）    温轧：温轧开轧温度550℃，终轧温度150℃，经多道次轧制，最终厚度0.7mm；
（6）    温轧板热处理：1050℃保温2小时，盐水中快冷；
（7）    冷轧：将热处理的温轧板酸洗，然后经多道次轧制0.2mm；
对冷轧板进行二次再结晶，获得的板材组织具有取向。

Claims (6)

1.一种取向高硅钢薄板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a) 定向凝固高硅钢铸坯，熔体温度在1500~1600℃之间，凝固速率控制在0.6~15mm/min，温度梯度控在60~400K/cm；
(b) 热轧，铸态板坯经过加热，热轧形成薄钢板；
(c) 温轧，热轧板经过退火热处理后，进行温轧；
(d) 冷轧，温轧板经退火处理和酸洗，冷轧多道次，最终厚度为0.1~0.5mm，进行二次再结晶退火制得取向高硅钢板。
2.根据权利要求1 所述的取向高硅钢薄板的制备方法，其特征在于，所述的钢坯化学成分及重量百分比为Si 4.0~8.5，B 0.001~0.2，Mn 0.01~0.2，P <0.01，Al <0.02，C 0.0015~0.022，S 0.0025~0.0056，O <0.004，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的取向高硅钢薄板的制备方法，其特征在于，所述的步骤(a)制成的定向铸坯厚度为5~25mm。
4.根据权利要求1所述的取向高硅钢薄板的制备方法，其特征在于，所述的步骤(b)中热轧的加热温度为800~1300℃，保温10~70分钟，最终热轧薄板厚度为1.0~4.0mm。
5.根据权利要求1所述的取向高硅钢薄板的制备方法，其特征在于，所述的步骤(c)中的退火热处理为热轧板在650~1100℃保温1.5~4.0小时后水或盐水中冷却。
6.根据权利要求1所述的取向高硅钢薄板的制备方法，其特征在于，所述的步骤(c)的温轧是在200~750℃进行，轧后薄板厚度为0.8~0.4mm。
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