CN102816972B - 一种包覆高硅钢热轧板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种包覆高硅钢热轧板及其制备方法，其芯层组分及重量百分比含量为：Si：6.0～8.0%，Mn：0.10～0.50%，Als：0.01～0.80%，并控制C≤0.003%，P≤0.005%，S≤0.005%，N≤0.003%，O≤0.003%；制备步骤：芯层制备；对包覆后的芯层加热；热轧至成品厚度。本发明成分简单，没有添加影响电磁性能的有害元素，保证了高硅钢板的洁净度；工艺简单、成本低；直接将低硅钢包覆层和高硅芯层通过焊合热轧在一起，不用剥离；由于经过热轧破碎粗大的柱状晶组织，形成带状组织；包覆层的延展性好，使得包覆高硅钢热轧板在低温下的延伸率大于5%，达到了提高冷轧塑性的目的。

Description

一种包覆高硅钢热轧板及其制备方法

技术领域

本发明涉及硅钢及制备方法，具体地指包覆高硅钢热轧板及其制备方法。

背景技术

高硅钢主要应用于制作高频电机、逆变及高频变压器铁芯，以及代替部分铁镍合金及非晶磁材用于高频滤波器、间歇振荡变压器、脉冲变压器、灵敏断电器等。与传统的3%WtSi硅钢相比，6.5%WtSi高硅钢片在高频下的铁损可以下降50%以上，磁致伸缩几乎为0，其最大磁导率达到峰值，噪音低，同时在相同噪音水平下具有较高的设计磁感，因而可以实现铁芯的高频率、低噪音、小型化、低成本。

但是，随着硅含量的增加，因为硅的固溶强化使得高硅钢片的强度、硬度增加，塑性降低，机械加工性能恶化；同时DO₃有序相的存在，使其塑性进一步恶化，脆性增加；低温下的断面收缩率和延伸率在超过4.9%Si时几乎为零，无法用普通轧制方法来生产。日本NKK钢管公司的CVD产品实现了批量化生产，尽管是世界上最成功的、最先进的技术，但还是存在沉积温度高、出现腐蚀坑洼、设备寿命短、污染严重及制造成本很高等问题。

为了得到厚度在0.50mm及以下的高硅钢薄板，人们探索了很多种制造方法，归纳为以下两类：

一、轧制法：改善轧制性能的方法有(1)调整成分，如加碳、加硼、加镍、铬、钛、钒、铌等合金元素，但其不足是通过损害电磁性能而改善轧制性能，且导致成本增加；(2)控温增塑轧制，如感应加热轧制、异步轧制、薄带铸轧、定向凝固等技术；其虽然可消除加工硬化，但无法排除过程氧化；(3) 叠轧，如离心浇铸、分层实体造型，其特点是可实现冷加工，但易分层、产生氧化夹杂。

二，非轧制法：采用磁控溅射、包埋渗硅、化学气相沉积、等离子气相沉积等技术。其特点是实现高硅含量容易，但存在设备要求高、环境污染严重、高温处理后表面质量差等不足。

包覆轧制法目前主要用于生产复合板材，如泡沫金属夹层板， TiAl基合金薄板，高铌钛铝基合金板材等。中国专利申请号为201110064613.8的专利文献(此专利为定向凝固方法生产取向硅钢)，有关论文中公开了一种采用不锈钢包轧制(Pack-rolling)生产高硅钢的方法。因不锈钢为非导磁材料，一定会影响成品性能，另外也不利于与高硅钢板的充分熔合，后续轧制时易起泡。

中国专利申请号为CN99801041.3的专利文献，其公开了一种采用包套轧制法制造高硅钢板的专利。该方法包括，将一块或数块叠层高硅钢板作为芯材，周围由包覆材料包覆并加以焊封，然后热轧。在这种工艺中，正确选择包覆材料和叠层钢板之间的剥离剂至关重要。当芯材(高硅钢板)的变形抗力大干或等于包覆材料的变形抗力时．在包覆层内的芯材能得到稳定的轧制，并可获得形状良好的钢板。此外还需控制芯材厚度与包套后待轧材总厚度之比，比值一般以0.3～0.8为宜。从焊接性、延伸率和成本等因素考虑，选择低碳钢(0.1%C)作包覆材料，并在芯材温度低于900℃时轧制是合适的，为便于轧制钢板的剥离，在钢板包覆前需涂上剥离剂。要求剥离剂能与钢板表面形成绝缘膜，并在轧制温度下不发生分解。可选用无机剥离剂MgO、A1₂O₃ 、SiO₂、TiO₂、B₂O₃和MgPO₃ 当中的一种或数种。该方法需将包覆层与芯材在轧制后分离，只是保证温度低于900℃时高硅钢的轧制，不利于后期处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在满足抗拉强度及硬度的条件下，在280℃加热温度下延伸率大于5%，冷轧加工性能好，无需进行剥离及添加剥离剂，包覆层与芯层充分熔合，无起泡缺陷的包覆高硅钢热轧板及其制备方法。

实现上述目的的措施：

一种包覆高硅钢热轧板，其芯层组分及重量百分比含量为：Si：6.0～8.0%， Mn：0.10～0.50%， Als：0.01～0.80%，并控制C≤0.003%， P≤0.005%，S≤0.005%，N≤0.003%，O≤0.003%，其余为Fe及不可避免的杂质。

制备一种包覆高硅钢热轧板的方法，其步骤：

1）芯层的制备

a、冶炼并浇注成锭；

b、对铸锭进行冷却，控制冷却速度为50～200℃/h，并在700℃时保温1～2个小时；

c、对钢锭加热，控制加热温度在1200～1250℃；

d、对钢锭进行热轧开坯，轧制时采用正压与侧压方式进行；

e、选用低温切割方式切割并将表面进行清理及打磨；

f、对打磨后的芯层采用含硅为1.0～3.0%的硅钢板进行包覆并将两者焊接为一体； 

2）对包覆后的芯层进行加热，其加热温度控制在1000～1150℃，并在保护气氛下保温1～2个小时；

3）热轧至成品厚度，并控制总压下率在88～97%。

其特征在于：所述的包覆层硅钢板的组分及重量百分比含量为：Si：1.0～3.0%， Mn：0.10～0.50%， Als：0.1～0.8%，并控制C≤0.003%， P≤0.005%，S≤0.005%，N≤0.003%，O≤0.003%，其余为Fe及不可避免的杂质。

其特征在于：在包覆时，所述的包覆层硅钢板的厚度与芯层厚度之比为1：5～1：10。

本发明各元素及主要工艺参数控制的理由

成分控制方面：

    本发明中芯层的Si含量要求6.0-8.0%之间，Si＜6.0%导致热轧板整体Si含量偏低，影响磁性能，Si高于8.0%芯部硅含量高，热轧延伸性降低加工时断裂。

    包覆层中的Si含量控制在1.0%-3.0%，Si＜1.0%导致热轧板整体Si含量偏低，影响磁性能，Si高于3.0%导致包覆层硬度大，脆性增高，加工时断裂不能起到包覆层保护的作用。

包覆层和芯部的Mn是对磁性有利的元素含量控制在0.10%-0.50%范围内，Mn＜0.10%不能起到改善磁性的作用，Mn＞0.50%改善磁性能的效果不大而且增加成本。

Als是改善磁性的有利元素，其芯层的Als含量控制在0.01～0.80%，Als＜0.015%时，对磁性的改善作用不大，由于熔融铝的粘度比较大，所以，当Als＞0.80%浇注时会堵住冒口，使浇注困难；同时，Si+Als总含量过高会增加材料脆硬性难以加工。

C、P、S、N、O对磁性是有害元素，应严格控制在要求范围内。

由于采用的是包覆层的化学组分与芯层的化学组分很接近的措施，故直接将低硅钢包覆层和高硅芯层通过热轧焊合在一起，不用剥离。

包覆高硅钢热轧板的制备工艺方面：

粗轧时钢锭加热温度控制在1200～1250℃。加热温度低于1200℃会造成粗轧后期温度低，引起断裂；高于1250℃氧化严重，热轧板秒面缺陷多加工性能变差。

严格控制铸锭的冷却速度在50～200℃/h，并在700℃时保温1～2h。由于芯层硅含量高延展性和热传导性低，冷却速度过快会产生内裂纹，因此需要控制冷却速度，＜50℃时冷却速度慢，高温停留时间短氧化严重，高于200℃容易产生内裂纹加工时断裂；在700℃保温1～2小时能够平衡铸坯表层和心部的温度，防止温差过大形成内裂纹。

芯层和包覆层焊接前须把表面进行清理和打磨，去除表面的麻面和坑洞，增加焊接时包覆层和芯层的结合力。

在包覆时，包覆层和芯层厚度厚度之比为1:5～1:10。包覆层和芯层比＜1:10，包覆层过薄很难起到保护作用；＞1:5包覆层比较厚，导致整体硅含量降低，恶化性能。

包覆后板坯的精轧加热温度为1000～1150℃，保温1-2h。温度低于1000℃包覆层和芯层硅原子扩散动力小不容易扩散，结合力不好，同时还导致终轧最后道次温度低变形抗力大，轧制困难；加热温度高于1150℃，一方面会弱化焊缝的结合力焊缝开裂，起不到保护作用，另一方面温度高氧化严重磁性恶化；保温时间＜1h，包覆层和芯层温度不均匀轧制困难，保温时间＞2h氧化严重，磁性恶化。

热轧总压下率在88～97%的大压下率。采用大压下率能够形成细小的纤维状组织，增加材料的塑韧性有利于后续的加工。

本发明与现有技术相比，成分上没有添加影响电磁性能的有害杂质元素，保证了高硅钢板的洁净度；工艺简单、成本低、有利于冷轧及后续处理；由于采用的是包覆层的化学组分与芯层的化学组分很接近的措施，故直接将低硅钢包覆层和高硅芯层通过热轧焊合在一起，不用剥离；由于经过热轧破碎粗大的柱状晶组织，形成带状组织；包套层的延展性好，使得包套高硅钢热轧板在280℃加热温度下延伸率大于5%，达到了提高冷轧塑性的目的。

附图说明

图1为本发明的包覆高硅钢热轧板结构示意图

图2为包覆高硅钢热轧板纵向厚度方向图

图3为图2包覆高硅钢热轧板纵向厚度方向硅含量分布曲线图

图4为包覆高硅钢热轧板在室温下的拉伸应力曲线

图5为包覆高硅钢热轧板在280℃下的拉伸应力曲线。

图2说明在两边的包覆层为低硅，芯层为高硅，在包覆层和芯层中间的过渡层没有明显界面，形成了冶金结合，增强了包覆层和芯层的结合力。

从图4可看出，在室温下包覆高硅钢板的拉伸延展性很低，很难进行轧制变形，R_m=625Mpa    延伸率A₅₀只有0.5%。

图5使经过在280℃下包覆高硅钢板的拉伸延展性明显增高，R_m=945Mpa ，延伸率A₅₀达到15%，说明后续工艺可以进行较大压下率的冷轧。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的组分取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

其步骤：

1）芯层的制备

a、冶炼并浇注成锭；

b、对钢锭加热，控制加热温度在1200～1250℃；

c、对钢锭进行热轧开坯，轧制时采用正压与侧压方式进行；

d、对铸锭进行冷却，控制冷却速度为50～200℃/h，并在700℃时保温1～2个小时；

e、选用低温切割方式切割并将表面进行清理及打磨；

f、对打磨后的芯层采用含硅为1.0～3.0%的硅钢板进行包覆并将两者焊接为一体； 

2）对包覆后的芯层进行加热，其加热温度控制在1000～1150℃，并在保护气氛下保温1～2个小时；

3）热轧至成品厚度，并控制总压下率在88～97%。

下面用实施例对发明进行说明。

表1    本发明各实施例及对比例的成分表（wt%）

本表中，A为芯层的成分，B为包覆层的成分。

表2    本发明各实施例及对比例的主要包覆工艺表

表3      本发明各实施例及对比例性能检测表

从表3可看出，本发明各实施例在强度及硬度保证的前提下，其延伸率A均大于5%，说明其加工性能好，表面质量好，无泡，分层的缺陷存在。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (1)

1.制备一种包覆高硅钢热轧板的方法，其步骤：

1）芯层的制备

a、冶炼并浇注成锭；铸锭组分及重量百分比含量为：Si：6.0～8.0%， Mn：0.10～0.50%， Als：0.01～0.80%，并控制C≤0.003%， P≤0.005%，S≤0.005%，N≤0.003%，O≤0.003%，其余为Fe及不可避免的杂质；

b、对铸锭进行冷却，控制冷却速度为50～200℃/h，并在700℃时保温1～2个小时；

c、对钢锭加热，控制加热温度在1200～1250℃；

d、对钢锭进行热轧开坯，轧制时采用正压与侧压方式进行；

e、选用低温切割方式切割并将表面进行清理及打磨；

f、对打磨后的芯层采用含硅为1.0～3.0%的硅钢板进行包覆并将两者焊接为一体；含硅为1.0～3.0%的硅钢板的厚度与芯层厚度之比为1：5～1：10；

所述的含硅为1.0～3.0%的硅钢板的组分及重量百分比含量为：Si：1.0～3.0%， Mn：0.10～0.50%， Als：0.1～0.8%，并控制C≤0.003%， P≤0.005%，S≤0.005%，N≤0.003%，O≤0.003%，其余为Fe及不可避免的杂质；

2）对包覆后的芯层进行加热，其加热温度控制在1000～1150℃，并在保护气氛下保温1～2个小时；

3）热轧至成品厚度，并控制总压下率在88～97%。

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