CN105522128A - 一种短流程制备高硅钢丝的方法 - Google Patents

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林均品
叶丰
温震
王帅
张来启
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Abstract

本发明涉及金属材料快速凝固技术领域，提供了一种短流程制备高硅钢丝的方法，包括：一、选取含硅量大于3.5%的高硅钢制作棒料；二、固定装有棒料的石英管；三、利用旋转鼓形成旋转水层；四、高频感应加热融化棒料；五、熔融钢液喷入旋转水层，快速凝固形成高硅钢丝。本发明的有益效果为：采用旋转水纺线法，将高硅钢一次性快速成型为连续的丝材，直径40~250μm，具有较好的塑性，可绕制成铁芯等作为软磁材料使用；工序简单、流程短、生产效率高、应用前景广阔。

Description

一种短流程制备高硅钢丝的方法
技术领域
本发明涉及金属材料快速凝固技术领域，特别涉及一种短流程制备高硅钢丝的方法。
背景技术
高硅钢丝一般指硅含量超过3.5%（重量比，下同）的硅钢。与普通硅钢（含硅量≤3.5%）相比，高硅钢特别是含硅量在6.5%的高硅钢具有较高的电阻率和磁导率,较低的矫顽力和相对为零的磁致伸缩系数的特点，因而具有较低的铁损和磁致伸缩，对降低能耗减小噪音有重大的意义。
但随着含硅量的升高，特别是硅含量超过3.5%以后，材料变得又硬又脆，室温塑性基本为零，因此难以利用传统的热轧、冷轧方法制备成高硅钢薄板。日本采取化学气相沉积法可规模化制备高硅钢薄板，其方法是先在普通硅钢表面渗硅，然后进行均匀化处理，最终得到高硅钢薄板（Y.Takada,M.Abe,S.Masuda,J.Inagaki.CommercialscaleproductionofFe-6.5wt.%Sisheetanditsmagneticproperties.J.Appl.Phys.,1988,64(10):5367-5369）。然而这种方法工艺复杂、生产周期长，且产生对环境污染较大的SiCl4气体。
近些年研究发现，除了薄板以外，软磁材料还可以丝材绕制成铁芯。这种铁芯突破了传统的变压器铁芯用板材叠装的限制。丝材绕制的铁芯涡流损耗要明显小于传统叠压铁芯。叶丰等人提出一种热拔高硅钢丝材的制备方法，可以将高硅钢制成直径1.6mm的丝材（CN201310102992）。该方法属于传统的拔丝方法，需要进行多道次的拉拔，工序复杂。利用传统拉拔方法制备直径小于300μm的丝材时，拉拔的成本急剧升高。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种短流程制备高硅钢丝的方法，利用旋转水纺线法制备小直径高硅钢丝材，从熔融状态直接冷却形成连续丝材。
本发明一种短流程制备高硅钢丝的方法，包括以下步骤：
步骤一、制作棒料；选取含硅量大于3.5%的高硅钢，切成棒料，放入下端具有孔径的石英管中；
步骤二、固定装有所述棒料的石英管；所述石英管底部置于感应线圈范围内；
步骤三、旋转鼓中加入冷却水，调整旋转鼓转速，在旋转鼓内部形成厚度为3mm～2cm的旋转水层；
步骤四、利用高频感应加热熔化所述棒料，并保温；
步骤五、在所述石英管上端施加压力，将熔融钢液喷入所述旋转水层，快速凝固形成高硅钢丝。
进一步的，步骤一中所述高硅钢的含硅量为6.5%。
进一步的，步骤一中所述石英管底端孔径范围为40～250μm。
进一步的，步骤三中所述旋转鼓的转速为5～11m/s，所述旋转水层的温度为1～25℃。
进一步的，步骤五中所述石英管底部与所述旋转水层距离为0.5～10mm，喷射的入射角为30～60°。
进一步的，步骤四中的保温时间为10s～10min，钢液温度为1500～1700℃。
本发明的有益效果为：
（1）可快速高效制备高硅钢丝材，丝材直径为40～250μm，且工序简单、制备流程短、无需拉拔及中间退火；
（2）冷却速度快，丝材晶粒细小，室温塑性可达到10%以上，满足后续弯折、绕制等工艺需求；
（3）可连续生产高硅钢丝材，可应用于敏感检测功能器件及高频变压器、电感等原器件，应用前景广阔。
附图说明
图1所示为本发明实施例一种短流程制备高硅钢丝的方法示意图。
图中：1-石英管、2-感应线圈、3-熔融钢液、4-旋转水层。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
如图1所示，一种短流程制备高硅钢丝的方法，包括以下步骤：
步骤一、制作棒料；选取含硅量大于3.5%的高硅钢，切成棒料，放入下端具有孔径的石英管1中；
步骤二、固定装有所述棒料的石英管；所述石英管底部置于感应线圈2范围内；
步骤三、旋转鼓中加入冷却水，调整旋转鼓转速，在旋转鼓内部形成厚度为3mm～2cm的旋转水层4；
步骤四、利用高频感应加热熔化所述棒料，并保温；
步骤五、在所述石英管1上端施加压力，将熔融钢液3喷入所述旋转水层4，快速凝固形成高硅钢丝。
优选的，步骤一中所述高硅钢的含硅量为6.5%。
优选的，步骤一中所述石英管1底端孔径范围为40～250μm。
优选的，步骤三中所述旋转鼓的转速为5～11m/s，所述旋转水层4的温度为1～25℃。
优选的，步骤五中所述石英管1底部与所述旋转水层4距离为0.5～10mm，喷射的入射角为30～60°。
优选的，步骤四中的保温时间为10s～10min，钢液温度为1500～1700℃。
实施例1
制作棒料含硅量6.5%的高硅钢，切成棒料放入下端孔径为40μm的石英管1中。调整旋转鼓转速至5m/s，往旋转鼓中加入温度为1℃的水，使旋转鼓内形成3mm厚的旋转水层4。将装好的石英管1竖直固定，调整石英管1底端到旋转水层4距离为0.5mm，入射角为30°。启用高频感应加热设备，保持熔融钢液3温度为1700℃，并保温10s。向石英管1上端施加0.4MPa的氩气，使钢液喷射进旋转水层4中，形成丝材，制备过程如图1所示。利用此方法制备得到丝径为40μm的丝材。对微丝进行拉伸测试，其室温塑性达11%，具有优良的室温塑性。
实施例2
制作棒料含硅量6.5%的高硅钢，切成棒料放入下端孔径为135μm的石英管1中。调整旋转鼓转速为6.8m/s，往旋转鼓中加入温度为5℃的水，使旋转鼓内形成1.5cm厚的旋转水层4。将装好的石英管1竖直固定，调整石英管1底端到旋转水层4距离为4mm，入射角为40°。启用高频感应加热设备，保持熔融钢液3温度为1550℃，并保温2min。向石英管1上端施加0.2MPa的氩气，使熔融钢液3溶液喷射进旋转水层4中，制备得到丝径为130μm的丝材。
实施例3
制作棒料含硅量6.5%的高硅钢，切成棒料放入下端孔径为250μm的石英管1中。调整旋转鼓转速为11m/s，往旋转鼓中加入温度为25℃的水，使旋转鼓内形成2cm厚的旋转水层4。将装好的石英管1竖直固定，调整石英管1底端到水层距离为10mm，入射角为60°。启用高频感应加热设备，保持熔融钢液3温度为1500℃，并保温10min。向石英管1上端施加0.1MPa的氩气，使合金溶液喷射进旋转水层4中，形成丝材。利用此方法制备得到丝径为250μm的丝材。
本发明的有益效果为：
（1）可快速高效制备高硅钢丝材，丝材直径为40～250μm，且工序简单、制备流程短、无需拉拔及中间退火；
（2）冷却速度快，丝材晶粒细小，室温塑性可达到10%以上，满足后续弯折、绕制等工艺需求；
（3）可连续生产高硅钢丝材，可应用于敏感检测功能器件及高频变压器、电感等原器件，应用前景广阔。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (6)

1.一种短流程制备高硅钢丝的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、制作棒料；选取含硅量大于3.5%的高硅钢，切成棒料，放入下端具有孔径的石英管中；
步骤二、固定装有所述棒料的石英管；所述石英管底部置于感应线圈范围内；
步骤三、旋转鼓中加入冷却水，调整旋转鼓转速，在旋转鼓内部形成厚度为3mm～2cm的旋转水层；
步骤四、利用高频感应加热熔化所述棒料，并保温；
步骤五、在所述石英管上端施加压力，将熔融钢液喷入所述旋转水层，快速凝固形成高硅钢丝。
2.如权利要求1所述的短流程制备高硅钢丝的方法，其特征在于，步骤一中所述高硅钢的含硅量为6.5%。
3.如权利要求1所述的短流程制备高硅钢丝的方法，其特征在于，步骤一中所述石英管底端孔径范围为40～250μm。
4.如权利要求1所述的短流程制备高硅钢丝的方法，其特征在于，步骤三中所述旋转鼓的转速为5～11m/s，所述旋转水层的温度为1～25℃。
5.如权利要求1所述的短流程制备高硅钢丝的方法，其特征在于，步骤五中所述石英管底部与所述旋转水层距离为0.5～10mm，喷射的入射角为30～60°。
6.如权利要求1所述的短流程制备高硅钢丝的方法，其特征在于，步骤四中的保温时间为10s～10min，钢液温度为1500～1700℃。
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