CN103276174A - 一种含铬高硅钢薄带及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含铬高硅钢薄带及其制备方法。其技术方案是：高硅钢薄带的硅含量为5.5~7.0wt%，铬含量为0.05~10.0wt%，其余为铁及不可避免的杂质。制备方法是：先按所述含铬高硅钢薄带的化学组分，以工业纯铁、商业用硅和纯铬为原料配料；再采用中频真空感应炉熔炼原料，在1250℃~1650℃条件下浇铸成铸坯，将铸坯在800℃~1250℃条件下锻造成厚度为10~20mm的板坯，然后将板坯在700℃~1250℃条件下热轧成厚度为0.6~0.8mm的薄带，最后将薄带在150℃~750℃条件下温轧至0.2~0.3mm。本发明具有成本低、工艺简单和能利用现有设备的特点，所制备的含铬高硅钢薄带的脆性改善明显，塑性提高显著，板形良好。

Description

一种含铬高硅钢薄带及其制备方法

技术领域

本发明属于高硅钢薄带技术领域，具体涉及一种含铬高硅钢薄带及其制备方法。

技术背景

硅钢通常是指0.2~6.5wt%的铁硅合金，其含碳量很低(一般低于0.02wt%)，主要用作各种电机和变压器的铁芯，是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要软磁合金。硅钢在磁性材料中用量最大，同时是一种节能的重要金属功能材料。

高硅钢一般是指4.5~6.7wt%Si的铁硅合金，而通常所指的是6.5wt%Si 铁硅合金。研究表明，随着硅含量的增加，硅钢片的铁损降低，磁感应强度增大，当硅的质量分数增加至6.5%时便具有最佳的软磁性能——磁滞伸缩(λ_S)几乎为零，在使用过程中噪音大大降低；磁晶各向异性系数K₁比3wt%Si铁硅合金更低，且电阻率更高，所以铁损最小，可大大减少使用过程中的能耗损失；磁导率最大，可达到μ_m=3.8×10⁶，且矫顽力低，易于磁化和退磁。故高硅钢是制作发电机、发动机、变压器以及其他电器仪表的理想铁芯材料。可有效提高效能，降低能耗及噪音，产生巨大的经济及社会效益。

但是，随着硅含量的增加，硅钢片的伸长率急剧降低，机械加工性能变差，给材料的进一步加工带来了诸多困难，以致无法用传统的轧制工艺进行高硅钢的生产制备。

目前，世界范围内6.5wt%Si高硅钢片的制造方法主要包括喷射成型法、液体合金甩带法、粉末轧制法(DPR)、化学气相沉积法(CVD)、等离子体化学气相沉积法(PCVD)和熔盐电沉积法等方法。这些方法普遍存在生产周期长、成本高、工艺复杂、薄带尺寸受到限制和所用原料对环境有污染等缺点，因此不利于工业化批量式生产。

《一种取向高硅钢薄板的制备方法》（CN 102002567 A）的专利技术，通过添加B、Mn元素，采用定向凝固技术制备铸坯，再通过热轧、温轧、冷轧制得0.1~0.5mm的薄板。但是该专利未报道其软磁性能。此外，该专利采用定向凝固技术制备铸坯工艺，相对传统的轧制工艺较为复杂，不利于工业化生产。

《高硅钢薄板的冷轧制备方法》（CN 101049699 A）的专利技术和《一种冷轧高硅钢薄带的制造方法》（CN 102172824 A）的专利技术，分别通过添加B元素和Mn、P元素，对高硅钢进行冷轧，可制备出高硅钢薄带。但该两份专利均未报道其软磁性能。

《一种冷轧无取向高硅钢薄带的制造方法》（CN 102151695 A）的专利技术，通过添加Mn、P、C、S元素，利用热轧、常化退火、冷轧的方式制备了高硅钢薄带，所得薄带具有良好的软磁性能。但是该专利中没有涉及Cr元素对高硅钢的影响，并且添加元素种类繁多，生产工艺较为复杂。

《一种高硅钢薄带及其制造方法》（CN 101935800 A）的专利技术，通过添加Al、Mn元素，利用同步等径双辊铸轧设备制成高硅钢铸带，再通过酸洗、温轧、退火制备出0.35~0.5mm薄板，所得薄板拥有良好的软磁性能。但是该专利中没有涉及Cr元素对高硅钢的影响。此外，该专利采用铸轧工艺进行制备，相对传统的轧制工艺较为复杂，不利于工业化生产。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种成本低、工艺简单和能利用现有设备的含铬高硅钢薄带的制备方法，用该方法制备的含铬高硅钢薄带的低温延展性显著改善，板形良好，厚度满足使用要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述含铬高硅钢薄带的硅含量为5.5~7.0wt%，铬含量为0.05~10.0wt%，其余为铁及不可避免的杂质。

含铬高硅钢薄带的制备方法是：

(1)原料准备：按所述高硅钢薄带的化学组分，以工业纯铁、商业用硅和纯铬为原料配料。

(2)冶炼：采用中频真空感应炉熔炼原料，在1250℃~1650℃条件下浇铸成铸坯。

(3)锻造：将铸坯在800℃~1250℃条件下锻造成厚度为10~20mm的板坯。

(4)热轧：将板坯在700℃~1250℃条件下热轧成厚度为0.6~0.8mm的薄带。

(5)温轧：将薄带在150℃~750℃条件下温轧至0.2~0.3mm，即得含铬高硅钢薄带。

在上述技术方案中：所述商业用硅的纯度为99.5wt%；所述纯铬的纯度为99.9wt%；所述热轧的工艺是：每道次压下量为20~60%；温轧的工艺是：第一道次压下量为15~50%，以后各道次压下量为20~50%。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下积极效果：

本发明采用在高硅钢中添加元素铬的方法改善了高硅钢薄带的低温延展性，使高硅钢薄带可通过传统轧制方式进行制备，具有广泛的适用性。且工艺简单，成本低。

现有的高硅钢具有高脆性，其主要原因是高硅钢中存在铁硅的有序相。同时，高硅钢的晶粒尺寸较大，通常可达到600μm，晶粒越粗大，在一定体积内的晶粒数目越少，则在同样塑性变形量下，变形在更少的晶粒内进行，造成变形不均匀。另外，晶粒越粗大，则分散在每个晶粒内的位错密度增大，从而使材料在较低的塑性变形时造成很大的应力集中，导致因应力集中引起的开裂机会增大，因而材料有可能在断裂之前只能承受较小的变形量，即表现出较低的塑性。本发明在高硅钢中加入合金元素铬，使得铬原子占据有序相超点阵中临近硅的铁原子位置，以破坏有序相结构的形成；同时，元素铬的添加有利于材料的力学性能，从而使得高硅钢能够顺利轧制。

本发明采用中频真空感应炉熔炼，能有效地降低钢中杂质含量，提高合金塑性。锻造过程中能够将合金顺利锻成10~20mm厚的板坯，不但能提供适宜于热轧的原料形状，且能破碎晶粒和夹杂物，提高材料的塑性。热轧过程能提供较薄的板材，并能有效细化晶粒，显著提高板材的塑性。温轧过程在再结晶温度以下进行，从而获得拉长的纤维状轧制组织，所制备的高硅钢薄带具有良好的板形，且厚度能达到0.2~0.3mm，满足使用要求。本发明利用在高硅钢中添加铬的方法，通过锻造、热轧和温轧等手段抑制6.5wt%Si铁硅合金中的有序相生成，明显改善了材料的脆性。

本发明通过在高硅钢中添加铬的方法，改善了高硅钢的低温延展性，采用传统轧制工艺和现有生产设备实现了高硅钢的生产制备，具有现实的推广应用价值和其他制备方法不可比拟的优势。无论从效率还是效益的角度而言，Fe-6.5wt%Si硅钢的应用领域会更加广泛，在节能减排方面发挥巨大作用。

因此，本发明具有成本低、工艺简单和能利用现有设备的特点，用该方法制备的含铬高硅钢薄带的低温延展性改善显著，板形良好，厚度满足使用要求。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。

为避免重复，先将本具体实施方式的所述商业用硅和纯铬的纯度统一描述如下，实施例中不再赘述：

所述商业用硅的纯度为99.5wt%；所述纯铬的纯度为99.9wt%。

实施例1

一种含铬高硅钢薄带及其制备方法。所述高硅钢薄带的硅含量为5.5~6.0wt%，铬含量为0.05~2.5wt%，其余为铁及不可避免的杂质。

含铬高硅钢薄带的制备方法是：

(1)原料准备：按所述高硅钢薄带的化学组分，以工业纯铁、商业用硅和纯铬为原料配料。

(2)冶炼：采用中频真空感应炉熔炼原料，在1250℃~1380℃条件下浇铸成铸坯。

(3)锻造：将铸坯在800℃~950℃条件下锻造成厚度为15~20mm的板坯。

(4)热轧：将板坯在700℃~880℃条件下热轧成厚度为0.6~0.8mm的薄带。

(5)温轧：将薄带在150℃~350℃条件下温轧至0.2~0.3mm，即得含铬高硅钢薄带。

本实施例所述热轧的工艺是：每道次压下量为20~40%；温轧的工艺是：第一道次压下量为15~40%，以后各道次压下量为20~40%。

实施例2

一种含铬高硅钢薄带及其制备方法。所述高硅钢薄带的硅含量为5.8~6.5wt%，铬含量为2.4~5.0wt%，其余为铁及不可避免的杂质。

含铬高硅钢薄带的制备方法是：

(1)原料准备：按所述高硅钢薄带的化学组分，以工业纯铁、商业用硅和纯铬为原料配料。

(2)冶炼：采用中频真空感应炉熔炼原料，在1350℃~1480℃条件下浇铸成铸坯。

(3)锻造：将铸坯在900℃~1050℃条件下锻造成厚度为15~20mm的板坯。

(4)热轧：将板坯在850℃~1050℃条件下热轧成厚度为0.6~0.8mm的薄带。

(5)温轧：将薄带在300℃~500℃条件下温轧至0.2~0.3mm，即得含铬高硅钢薄带。

本实施例所述热轧的工艺是：每道次压下量为30~50%；温轧的工艺是：第一道次压下量为25~45%，以后各道次压下量为25~45%。

实施例3

一种含铬高硅钢薄带及其制备方法。所述高硅钢薄带的硅含量为6.2~6.8wt%，铬含量为4.8~7.5wt%，其余为铁及不可避免的杂质。

含铬高硅钢薄带的制备方法是：

(1)原料准备：按所述高硅钢薄带的化学组分，以工业纯铁、商业用硅和纯铬为原料配料。

(2)冶炼：采用中频真空感应炉熔炼原料，在1450℃~1580℃条件下浇铸成铸坯。

(3)锻造：将铸坯在1000℃~1150℃条件下锻造成厚度为10~16mm的板坯。

(4)热轧：将板坯在1000℃~1180℃条件下热轧成厚度为0.6~0.8mm的薄带。

(5)温轧：将薄带在450℃~600℃条件下温轧至0.2~0.3mm，即得含铬高硅钢薄带。

本实施例所述热轧的工艺是：每道次压下量为30~50%；温轧的工艺是：第一道次压下量为30~50%，以后各道次压下量为30~50%。

实施例4

一种含铬高硅钢薄带及其制备方法。所述高硅钢薄带的硅含量为6.5~7.0wt%，铬含量为7.4~10.0wt%，其余为铁及不可避免的杂质。

含铬高硅钢薄带的制备方法是：

(1)原料准备：按所述高硅钢薄带的化学组分，以工业纯铁、商业用硅和纯铬为原料配料。

(2)冶炼：采用中频真空感应炉熔炼原料，在1530℃~1650℃条件下浇铸成铸坯。

(3)锻造：将铸坯在1100℃~1250℃条件下锻造成厚度为10~16mm的板坯。

(4)热轧：将板坯在1100℃~1250℃条件下热轧成厚度为0.6~0.8mm的薄带。

(5)温轧：将薄带在550℃~750℃条件下温轧至0.2~0.3mm，即得含铬高硅钢薄带。

本实施例所述热轧的工艺是：每道次压下量为40~60%；温轧的工艺是：第一道次压下量为30~50%，以后各道次压下量为30~50%。

本具体实施方式采用在高硅钢中添加元素铬的方法改善了高硅钢薄带的低温延展性，使高硅钢薄带可通过传统轧制方式进行制备，具有广泛的适用性。且工艺简单，成本低。

现有的高硅钢具有高脆性，其主要原因是高硅钢中存在铁硅的有序相。同时，高硅钢的晶粒尺寸较大，通常可达到600μm，晶粒越粗大，在一定体积内的晶粒数目越少，则在同样塑性变形量下，变形在更少的晶粒内进行，造成变形不均匀。另外，晶粒越粗大，则分散在每个晶粒内的位错密度增大，从而使材料在较低的塑性变形时造成很大的应力集中，导致因应力集中引起的开裂机会增大，因而材料有可能在断裂之前只能承受较小的变形量，即表现出较低的塑性。本具体实施方式在高硅钢中加入合金元素铬，使得铬原子占据有序相超点阵中临近硅的铁原子位置，以破坏有序相结构的形成；同时，元素铬的添加有利于材料的力学性能，从而使得高硅钢能够顺利轧制。

本具体实施方式采用中频真空感应炉熔炼，能有效地降低钢中杂质含量，提高合金塑性。锻造过程中能够将合金顺利锻成10~20mm厚的板坯，不但能提供适宜于热轧的原料形状，且能破碎晶粒和夹杂物，提高材料的塑性。热轧过程能提供较薄的板材，并能有效细化晶粒，显著提高板材的塑性。温轧过程在再结晶温度以下进行，从而获得拉长的纤维状轧制组织，所制备的高硅钢薄带具有良好的板形，且厚度能达到0.2~0.3mm，满足使用要求。本具体实施方式利用在高硅钢中添加铬的方法，通过锻造、热轧和温轧等手段抑制6.5wt%Si铁硅合金中的有序相生成，明显改善了材料的脆性。

本具体实施方式通过在高硅钢中添加铬的方法，改善了高硅钢的低温延展性，采用传统轧制工艺和现有生产设备实现了高硅钢的生产制备，具有现实的推广应用价值和其他制备方法不可比拟的优势。无论从效率还是效益的角度而言，Fe-6.5wt%Si硅钢的应用领域会更加广泛，在节能减排方面发挥巨大作用。

因此，本具体实施方式具有成本低、工艺简单和能利用现有设备的特点，用该方法制备的含铬高硅钢薄带的低温延展性改善显著，板形良好，厚度满足使用要求。

Claims (5)

1.一种含铬高硅钢薄带的制备方法，其特征在于所述含铬高硅钢薄带的硅含量为5.5~7.0wt%，铬含量为0.05~10.0wt%，其余为铁及不可避免的杂质；

含铬高硅钢薄带的制备方法是：

(1)原料准备：按所述高硅钢薄带的化学组分，以工业纯铁、商业用硅和纯铬为原料配料；

(2)冶炼：采用中频真空感应炉熔炼原料，在1250℃~1650℃条件下浇铸成铸坯；

(3)锻造：将铸坯在800℃~1250℃条件下锻造成厚度为10~20mm的板坯；

(4)热轧：将板坯在700℃~1250℃条件下热轧成厚度为0.6~0.8mm的薄带；

(5)温轧：将薄带在150℃~750℃条件下温轧至0.2~0.3mm，即得含铬高硅钢薄带。

2.根据权利要求1所述的含铬高硅钢薄带的制备方法，其特征在于所述商业用硅的纯度为99.5wt%。

3.根据权利要求1所述的含铬高硅钢薄带的制备方法，其特征在于所述纯铬的纯度为99.9wt%。

4.根据权利要求1所述的含铬高硅钢薄带的制备方法，其特征在于所述热轧的工艺是：每道次压下量为20~60%；温轧的工艺是：第一道次压下量为15~50%，以后各道次压下量为20~50%。

5.一种含铬高硅钢薄带，其特征在于所述含铬高硅钢薄带是根据权利要求1~4项中任一项所述含铬高硅钢薄带的制备方法所制备的含铬高硅钢薄带。