CN105598164A - 一种高硅电工钢薄带的轧制制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明主要属于金属材料制备加工领域，具体涉及一种高硅电工钢薄带的轧制制备方法。所述方法首先以随炉加热后的高硅电工钢铸坯为原料，制备获得高硅电工钢板坯，然后将所述高硅电工钢板坯进行逐步降温温轧，获得高硅电工钢温轧带材，对所述高硅电工钢温轧带材进行低温退火及冷轧，制备获得高硅电工钢薄带。本发明提供一种高硅电工钢薄带的轧制制备方法，采用逐步降温温轧，可实现在不影响累积最大温轧变形量的同时，降低轧制温度，获得更好的韧化增塑效果；温轧之后，在合适的条件下进行退火，有效降低高硅电工钢温轧带材边部残余拉应力的同时避免了有序结构恢复提高冷轧成材率。

Description

一种高硅电工钢薄带的轧制制备方法
技术领域
本发明主要属于金属材料制备加工领域，具体涉及一种高硅电工钢薄带的轧制制备方法。
背景技术
Fe-Si合金又称电工钢，被广泛用于制造发电机、电动机、变压器和仪器仪表的铁芯或转子，是电力、电讯、军工和车辆工程等领域的重要软磁材料。
随着Si含量的增加，电工钢的软磁性能提高，Si含量为6.5wt%的高硅电工钢具有饱和磁致伸缩系数几乎为零、最大磁导率达到最高、磁损耗大幅度降低等优异的软磁性能。然而，随着硅含量的增加，电工钢的室温脆性增加，当Si含量大于4.5wt%时，难以采用常规的铸造-轧制工艺生产满足使用要求的薄带，从而制约了高硅电工钢的应用和发展。
长期以来，国内外研究者致力于开发各种特殊的高硅电工钢带材制备加工技术，如化学气相沉积法（CVD法）、快速凝固法和粉末压延法等，其中，但仅有CVD法实现了工业化生产，但CVD法仍存在工艺复杂、生产周期长、环境负担重等不足。
与上述方法相比，轧制法生产带材具有工艺简单、成本低和能耗小等优点，开发高硅电工钢带材轧制生产工艺仍然是该研究的重点发展方向。
以往的研究表明，温轧是高硅电工钢轧制成形的关键工序之一，大变形温轧可有效破坏合金的B2和D03等有序结构，起到韧化增塑的效果，有利于后续冷轧成形或进行其他塑性加工。温轧温度越低、轧制变形量越大，韧化增塑效果越显著。但随着温轧温度降低，往往导致变形抗力增大，累积最大轧制变形量下降，轧制边裂程度增加等问题。另一方面，大变形量温轧导致高硅电工钢带材边部产生较大的残余拉应力，是导致后续冷轧边裂的重要因素。
退火是消除或降低轧制带材残余应力有效方法之一。但是，如果退火的条件不合适，很可能导致通过温轧变形而获得的低有序度带材发生有序结构的恢复，从而降低高硅电工钢的后续冷轧加工性能。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种高硅电工钢薄带的轧制制备方法，所述方法采用逐步降温温轧，所述逐步降温温轧可实现在不影响累积最大温轧变形量的同时，降低轧制温度，获得更好的韧化增塑效果；温轧之后，将温轧获得的带材在合适的条件下进行退火，有效降低高硅电工钢温轧带材边部残余拉应力，同时尽量避免了有序结构恢复，大幅度改善后续冷轧加工性能，提高冷轧成材率。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高硅电工钢薄带的轧制制备方法，所述方法首先以随炉加热后的高硅电工钢铸坯为原料，制备获得高硅电工钢板坯，然后将所述高硅电工钢板坯进行逐步降温温轧，获得高硅电工钢温轧带材，对所述高硅电工钢温轧带材进行低温退火及冷轧，制备获得高硅电工钢薄带。
进一步地，将所述高硅电工钢板坯进行逐步降温温轧具体为将所述高硅电工钢板坯在2-7个不同的温度水平下进行温轧，并所述2-7个不同的温度水平的温度值逐步降低。
进一步地，所述方法包括高硅电工钢板坯的制备、逐步降温温轧、低温退火以及冷轧步骤。
进一步地，所述方法具体包括以下步骤：
（1）高硅电工钢板坯的制备：首先将真空熔炼的高硅电工钢铸坯随炉加热至1100-1200℃，然后将所述高硅电工钢铸坯锻造制备获得厚度为15-40mm的高硅电工钢板坯或将所述高硅电工钢铸坯热轧制备获得厚度为5-20mm的高硅电工钢板坯；
（2）逐步降温温轧：将步骤（1）制备获得的所述高硅电工钢板坯依次在2-7个不同的温度水平下进行温轧，并所述2-7个不同的温度水平的温度逐步降低，温轧获得厚度为0.35-1.0mm的高硅电工钢温轧带材；
（3）低温退火：将（2）制备获得的所述高硅电工钢温轧带材进行退火处理，退火处理的条件为：退火温度300-400℃，保温时间0.5-5小时，然后随炉冷却，得到退火后高硅电工钢温轧带材；
（4）冷轧：将步骤（3）得到的所述退火后高硅电工钢温轧带材进行酸洗，获得去除氧化层的高硅电工钢温轧带材，将所述去除氧化层的高硅电工钢温轧带材在室温条下进行冷轧，轧制道次变形量为10-40%，得到厚度为0.1-0.5mm的高硅电工钢冷轧薄带。
进一步地，步骤（1）中所述高硅电工钢板坯的制备方法为：将真空熔炼的高硅电工钢铸坯通过切取获得厚为9mm、宽为95mm的板坯，将所述板坯放入内腔厚为10mm、宽为100mm的方形高纯石英铸型中，利用高频感应器加热，加热温度在1460-1500℃，加热至所述板坯熔化，冷却方式采用移出铸型水冷，所述铸型移出速度为2mm/min，定向凝固过程中采用氩气保护，制备获得厚度为5-20mm的高硅电工钢板坯。
进一步地，步骤（2）中逐步降温温轧的条件为：在每个所述温度水平下进行温轧的轧制道次的次数至少为1次，每个所述轧制道次的道次变形量为10-30%，并在每个所述温度水平下进行温轧时，不同轧制道次之间的轧制温度相同；在第一个温度水平下进行温轧的轧制温度为500-700℃，在最后一个温度水平下进行温轧的轧制温度为200-400℃，任意相邻的两个温度水平之间的轧制温度差为50-300℃。
进一步地，所述高硅电工钢铸坯包括以下重量百分比的组分：硅4.5-6.8wt%，硼为0.001-0.05wt%，余量为铁和不可避免的杂质元素。
进一步地，制备获得的所述高硅电工钢薄带的厚度为0.1-0.5mm。
本发明的有益技术效果：
（1）利用本发明所提供的方法所生产的高硅电工钢冷轧薄带，表面光亮且平整；
（2）本发明所提供的方法中，逐步降温温轧步骤，可使累积变形量增加的同时逐渐降低轧制温度，相比恒温温轧更能有效降低高硅电工钢的有序度，利于后续冷轧变形；
（3）温轧后低温退火处理在避免温轧无序化结构发生有序恢复的基础上降低或消除带材残余应力，有效减轻后续冷轧边裂，提高冷轧成材率。
附图说明
图1为本发明一种高硅电工钢薄带的轧制制备方法的步骤流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
如图1所示，一种高硅电工钢薄带的轧制制备方法，所述方法首先以随炉加热后的高硅电工钢铸坯为原料，制备获得高硅电工钢板坯，然后将所述高硅电工钢板坯进行逐步降温温轧，获得高硅电工钢温轧带材，对所述高硅电工钢温轧带材进行低温退火及冷轧，制备获得高硅电工钢薄带；制备获得的所述高硅电工钢薄带的厚度为0.1-0.5mm；所述高硅电工钢铸坯包括以下重量百分比的组分：硅4.5-6.8wt%，硼为0.001-0.05wt%，余量为铁和不可避免的杂质元素。
将所述高硅电工钢板坯进行逐步降温温轧为将所述高硅电工钢板坯在2-7个不同的温度水平下进行温轧，并所述2-7个不同的温度水平的温度值逐步降低。
所述方法包括高硅电工钢板坯的制备、逐步降温温轧、低温退火以及冷轧步骤。
所述方法具体包括以下步骤：
（1）高硅电工钢板坯的制备：首先将真空熔炼的高硅电工钢铸坯随炉加热至1100-1200℃，然后将所述高硅电工钢铸坯锻造制备获得厚度为15-40mm的高硅电工钢板坯或将所述高硅电工钢铸坯热轧制备获得厚度为5-20mm的高硅电工钢板坯；本发明中将真空熔炼的高硅电工钢铸坯随炉加热至1100-1200℃后再进行锻造或热轧，可避免铸坯因为内外温差过大而产生裂纹。
（2）逐步降温温轧：将步骤（1）制备获得的所述高硅电工钢板坯依次在2-7个不同的温度水平下进行温轧，并所述2-7个不同的温度水平的温度逐步降低，温轧获得厚度为0.35-1.0mm的高硅电工钢温轧带材；
逐步降温温轧的条件为：在每个所述温度水平下进行温轧的轧制道次的次数至少为1次，每个所述轧制道次的道次变形量为10-30%，并在每个所述温度水平下进行温轧时，不同轧制道次之间的轧制温度相同；在第一个温度水平下进行温轧的轧制温度为500-700℃，在最后一个温度水平下进行温轧的轧制温度为200-400℃，任意相邻的两个温度水平之间的轧制温度差为50-300℃；
上述逐步降温温轧步骤中，将制备获得的所述高硅电工钢板坯依次在2-7个不同的温度水平下进行温轧，并所述2-7个不同的温度水平的温度逐步降低；并在第一个温度水平下采用相对较高的轧制温度（500-700℃）进行温轧，前几个温度水平的轧制温度较高，可实现大累积变形量温轧的同时避免轧制边裂；在轧制的后几个温度水平较低，最后一个温度水平下进行温轧的轧制温度为200-400℃，在较低轧制温度下轧制有利于增大形变无序化和减小有序恢复的程度，获得室温冷轧性能良好的低有序度高硅电工钢温轧带材。
（3）低温退火：将（2）制备获得的所述高硅电工钢温轧带材进行退火处理，退火处理的条件为：退火温度300-400℃，保温时间0.5-5小时，然后随炉冷却，得到退火后高硅电工钢温轧带材；
该退火条件将退火温度设为300-400℃，保温时间设为0.5-5小时的目的在于有效降低或消除步骤（2）产生的所述高硅电工钢温轧带材边部残余拉应力，同时，尽可能避免温轧后的无序化结构发生有序恢复，有效减轻高硅电工钢带材冷轧边裂；如果退火温度太低，降低残余应力的作用不大或需要的退火时间延长；而又由于温度升高加剧有序恢复程度，如果退火温度大于400℃，温轧后的无序化结构发生大量的有序恢复而降低高硅电工钢的室温塑性，不利于后续冷轧成形。
（4）冷轧：将步骤（3）得到的所述退火后高硅电工钢温轧带材进行酸洗，获得去除氧化层的高硅电工钢温轧带材，将所述去除氧化层的高硅电工钢温轧带材在室温条下进行冷轧，冷轧条件为：控制每轧制道次的道次变形量为10-40%，多道次轧制得到厚度为0.1-0.5mm的高硅电工钢冷轧薄带。
实施例2
以真空感应熔炼方法制备硅含量为6.8wt%（质量百分比），B含量为0.02wt%（质量百分比），余量为铁和不可避免的杂质元素的高硅电工钢铸锭，真空感应熔炼的原料为：铁含量为99.65wt%（质量百分比）的工业纯铁，纯度为99.95wt%（质量百分比）的金属硅，以及B含量20wt%（质量百分比）的硼铁。熔炼采用中频真空感应炉，浇注高硅电工钢铸坯重量21-25kg。将高硅电工钢铸坯随炉加热到1200℃后进行锻造，终锻温度900℃，获得厚度为20mm的高硅电工钢板坯。
将所述高硅电工钢板坯加热至700℃后，以30%的道次变形量进行3道次轧制至板坯厚度约为7mm，每轧制一道次前将板坯回炉加热至700℃；之后降低轧制温度至500℃，以20%的道次变形量进行4道次轧制至板坯厚度约为3mm，每轧一道次前将板坯回炉加热至500℃；最后进一步降低轧制温度至300℃，以15%的道次变形量进行6道次温轧，每轧一道次前将板坯回炉加热至300℃，轧制至板坯厚度约为1mm，获得高硅电工钢温轧带材。
将制备获得的厚度1mm的所述高硅电工钢温轧带材进行退火处理，退火处理的条件为：退火温度400℃，保温时间0.5小时，然后随炉冷却，得到退火后高硅电工钢温轧带材；
将得到的所述退火后高硅电工钢温轧带材进行酸洗，酸洗条件为将温轧带材在10-20%盐酸中浸渍5-10分钟后刷洗去除表面氧化层，清水冲洗干净，获得去除氧化层的高硅电工钢温轧带材，将所述去除氧化层的高硅电工钢温轧带材在室温条下进行冷轧，冷轧过程中每轧制道次的轧制道次变形量为10-40%，多道次冷轧后，得到边裂少、表面光亮的、厚0.5mm的高硅电工钢冷轧薄带。
实施例3
以真空感应熔炼方法制备硅含量为6.5wt%（质量百分比），B含量为0.02wt%（质量百分比），余量为铁和不可避免的杂质元素的高硅电工钢铸锭，真空感应熔炼的原料为：铁含量为99.65wt%（质量百分比）的工业纯铁，纯度为99.95wt%（质量百分比）的金属硅，以及B含量20wt%（质量百分比）的硼铁。熔炼采用中频真空感应炉，浇注高硅电工钢铸坯重量21-25kg。将高硅电工钢铸坯随炉加热到1100℃后进行热轧，获得厚度为5mm的高硅电工钢板坯。
将所述高硅电工钢热轧板坯酸洗去除表面氧化层，酸洗条件为在10-20%盐酸中浸渍5-10分钟后刷洗去除表面氧化层，清水冲洗干净。之后将板坯加热至700℃后，以20%的道次变形量进行3道次轧制至板坯厚度约为2.5mm，每轧制一道次前将板坯回炉加热至500℃；之后降低轧制温度至400℃，以10%的道次变形量进行4道次轧制至板坯厚度约为1.3mm，每轧一道次前将板坯回炉加热至400℃；最后进一步降低轧制温度至300℃，以15%的道次变形量进行6道次温轧，每轧一道次前将板坯回炉加热至300℃，轧制至板坯厚度约为0.5mm，获得高硅电工钢温轧带材。
将制备获得的厚度1mm的所述高硅电工钢温轧带材进行退火处理，退火处理的条件为：退火温度300℃，保温时间5小时，然后随炉冷却，得到退火后高硅电工钢温轧带材；
将得到的所述退火后高硅电工钢温轧带材进行酸洗，获得去除氧化层的高硅电工钢温轧带材，将所述去除氧化层的高硅电工钢温轧带材在室温条下进行冷轧，冷轧过程中每轧制道次的轧制道次变形量为10-40%，多道次冷轧后，得到边裂少、表面光亮的、厚0.2mm的高硅电工钢冷轧薄带。
实施例4
以真空感应熔炼方法制备硅含量为6.5wt%（质量百分比），B含量为0.02wt%（质量百分比），余量为铁和不可避免的杂质元素的高硅电工钢铸锭，真空感应熔炼的原料为：铁含量为99.65wt%（质量百分比）的工业纯铁，纯度为99.95wt%（质量百分比）的金属硅，以及B含量20wt%（质量百分比）的硼铁。熔炼采用中频真空感应炉，浇注高硅电工钢铸坯重量21-25kg。采用区域熔化定向凝固方法，将真空熔炼的高硅电工钢铸坯通过切取获得厚为9mm、宽为95mm的板坯，将所述板坯放入内腔厚为10mm、宽为100mm的方形高纯石英铸型中，利用高频感应器加热，加热温度在1460-1500℃，加热至所述板坯熔化，冷却方式采用移出铸型水冷，所述铸型移出速度为2mm/min，定向凝固过程中采用氩气保护，制备获得厚度为5-20mm的高硅电工钢板坯。利用本制备方法得到的所述高硅电工钢板坯为柱状晶板坯。
将所述柱状晶板坯加热至700℃后，沿柱状晶生长方向轧制，以20%的道次变形量进行3道次轧制至板坯厚度为5mm，每轧一道次前将板坯回炉加热至700℃。之后降低轧制温度至600℃，以20%的道次变形量进行3道次轧制至板坯厚度为2.5mm，每轧一道次前将板坯回炉加热至600℃。之后降低轧制温度至500℃，以15%的道次变形量进行3道次轧制至板坯厚度为1.5mm，每轧一道次前将板坯回炉加热至500℃。之后降低轧制温度至400℃，以15%的道次变形量进行3道次轧制至板坯厚度为0.9mm，每轧一道次前将板坯回炉加热至400℃。之后降低轧制温度至300℃，以10%的道次变形量进行4道次轧制至板坯厚度为0.6mm，每轧一道次前将板坯回炉加热至300℃。之后降低轧制温度至200℃，以10%的道次变形量进行5道次轧制至板坯厚度为0.35mm，每轧一道次前将板坯回炉加热至200℃，获得高硅电工钢温轧带材。
将制备获得的所述高硅电工钢温轧带材进行退火处理，退火处理的条件为：退火温度350℃，保温时间1时，然后随炉冷却，得到退火后高硅电工钢温轧带材；
将得到的所述退火后高硅电工钢温轧带材进行酸洗，获得去除氧化层的高硅电工钢温轧带材，将所述去除氧化层的高硅电工钢温轧带材在室温条下进行冷轧，冷轧过程中轧制道次变形量为10-40%，多道次冷轧后，得到边裂少、表面光亮的、可弯曲卷取、厚0.1mm的高硅电工钢冷轧薄带。

Claims (8)

1.一种高硅电工钢薄带的轧制制备方法，其特征在于，所述方法首先以随炉加热后的高硅电工钢铸坯为原料，制备获得高硅电工钢板坯，然后将所述高硅电工钢板坯进行逐步降温温轧，获得高硅电工钢温轧带材，对所述高硅电工钢温轧带材进行低温退火及冷轧，制备获得高硅电工钢薄带。
2.根据权利要求1所述一种高硅电工钢薄带的轧制制备方法，其特征在于，将所述高硅电工钢板坯进行逐步降温温轧具体为将所述高硅电工钢板坯在2-7个不同的温度水平下进行温轧，并所述2-7个不同的温度水平的温度值逐步降低。
3.根据权利要求1所述一种高硅电工钢薄带的轧制制备方法，其特征在于，所述方法包括高硅电工钢板坯的制备、逐步降温温轧、低温退火以及冷轧步骤。
4.根据权利要求3所述一种高硅电工钢薄带的轧制制备方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
（1）高硅电工钢板坯的制备：首先将真空熔炼的高硅电工钢铸坯随炉加热至1100-1200℃，然后将所述高硅电工钢铸坯锻造制备获得厚度为15-40mm的高硅电工钢板坯或将所述高硅电工钢铸坯热轧制备获得厚度为5-20mm的高硅电工钢板坯；
（2）逐步降温温轧：将步骤（1）制备获得的所述高硅电工钢板坯依次在2-7个不同的温度水平下进行温轧，并所述2-7个不同的温度水平的温度逐步降低，温轧获得厚度为0.35-1.0mm的高硅电工钢温轧带材；
（3）低温退火：将（2）制备获得的所述高硅电工钢温轧带材进行退火处理，退火处理的条件为：退火温度300-400℃，保温时间0.5-5小时，然后随炉冷却，得到退火后高硅电工钢温轧带材；
（4）冷轧：将步骤（3）得到的所述退火后高硅电工钢温轧带材进行酸洗，获得去除氧化层的高硅电工钢温轧带材，将所述去除氧化层的高硅电工钢温轧带材在室温条下进行冷轧，轧制道次变形量为10-40%，得到厚度为0.1-0.5mm的高硅电工钢冷轧薄带。
5.根据权利要求4所述一种高硅电工钢薄带的轧制制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述高硅电工钢板坯的制备方法为：将真空熔炼的高硅电工钢铸坯通过切取获得厚为4-18mm、宽为40-140mm的板坯，将所述板坯放入内腔厚为5-20mm、宽为50-150mm的方形高纯石英铸型中，利用高频感应器加热，加热温度在1460-1500℃，加热至所述板坯熔化，冷却方式采用移出铸型水冷，所述铸型移出速度为0.5-5mm/min，定向凝固过程中采用氩气保护，制备获得厚度为5-20mm的高硅电工钢板坯。
6.根据权利要求4所述一种高硅电工钢薄带的轧制制备方法，其特征在于，步骤（2）中逐步降温温轧的条件为：在每个所述温度水平下进行温轧的轧制道次的次数至少为1次，每个所述轧制道次的道次变形量为10-30%，并在每个所述温度水平下进行温轧时，不同轧制道次之间的轧制温度相同；在第一个温度水平下进行温轧的轧制温度为500-700℃，在最后一个温度水平下进行温轧的轧制温度为200-400℃，任意相邻的两个温度水平之间的轧制温度差为50-300℃。
7.根据权利要求1所述一种高硅电工钢薄带的轧制制备方法，其特征在于，所述高硅电工钢铸坯包括以下重量百分比的组分：硅4.5-6.8wt%，硼为0.001-0.05wt%，余量为铁和不可避免的杂质元素。
8.根据权利要求1所述一种高硅电工钢薄带的轧制制备方法，其特征在于，制备获得的所述高硅电工钢薄带的厚度为0.1-0.5mm。
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