CN106957948A - 一种含硼高硅钢薄带及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种含硼高硅钢薄带及其制备方法，涉及金属材料制备技术领域。其内容是通过在高硅钢合金中加入适量硼元素，降低其熔点，提高流动性以提高其加工成形能力，改善板形来使高硅钢软磁薄带更易于工业化生产和器件应用。本发明所涉及的高硅钢薄带化学成分比为：B0.05~1.0wt%，Si3.0~7.0wt%，其余为Fe及少量其它不可避免杂质，通过重熔、快凝甩带、热处理等工艺，得到成带厚度为20~60μm的薄带。本发明加入硼元素后，大大降低合金熔液黏度，增加合金的流动性，使得钢液更易于出带成型，且不易堵嘴，并使快凝的高硅钢薄带晶粒更加细小，抗拉强度更高，高频磁性能更具优势，薄带板形更平整，更具工业化规模化优势。

Description

一种含硼高硅钢薄带及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料制备技术领域，特别是指一种含硼高硅钢薄带及其制备方法。
背景技术
Fe-6.5wt.%Si合金被广泛应用作各种电机和变压器的铁芯，是一种电子、军事和电力工业不可或缺的软磁材料。与通常含量在3%左右的普通硅钢相比，Fe-6.5wt.%Si合金高硅钢具有更高的磁导率、电阻率，更低的磁晶各向异性常数、接近于零的磁致伸缩系数等优点，有着非常广泛的应用前景。
由于Fe-6.5wt.%Si合金具有很明显的室温脆性，传统的轧制工艺难以大规模生产该合金。因此，人们采用特殊的制备工艺，通过避开其室温脆性，制备高硅钢合金带材、板材以及丝材。
目前,世界范围内Fe-6.5wt.%Si高硅钢片的制造方法主要包括喷射成型法、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。但是经过研究，快速凝固法可以短流程高效率的生产高硅钢薄带。
《一种短流程高效高硅钢薄带的冷轧制备方法》（梁永锋 林均品 叶丰 王帅等，CN 104046758 A）的专利技术，通过单辊法快速凝固得到具有一定塑性的高硅钢薄带，再通过冷轧改善表面质量，所得薄带具有良好的软磁性能，但是加工成形过程中，由于钢液的流动性较差，制得成品的板形及成卷后的表面质量较差，后期绕圈，装配系数低。
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、工艺简单和能满足器件制备使用要求的高硅钢薄带制备方法。其内容就是通过在高硅钢合金中加入适量硼元素，使其熔点降低，提高其流动性以提高其加工成形能力，改善板形来使高硅钢软磁薄带更易于工业化生产和器件应用，高频磁性能更具优势。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:向母合金中加入硼元素，所述含硼高硅钢薄带的硼含量为0.05~1.0wt%,硅含量为3.0~7.0wt%，其余为铁及不可避免的杂质。
含硼高硅钢薄带的制备方法是:
（1）原料准备：按所述含硼高硅钢薄带的化学组分，以工业纯铁、商业用硅和硼铁为原料配料；
（2）熔炼：采用中频真空感应炉熔炼原料，在1300~1700℃条件下精炼浇铸成母合金钢锭；
（3）重熔：将炼好的高硅钢母合金钢锭放在甩带坩埚中加热熔化，使其温度高于合金熔点形成50~200℃过热度，温度依据成分调整在1400~1600℃，充分熔化后捞渣保温；
（4）快凝甩带：熔融状态下，将钢液倾倒在冷却辊上，得到0.02~0.06mm厚的含硼高硅钢薄带。
（5）热处理：薄带表面涂覆绝缘层，在600~1300℃条件下保温1~5h后冷却，得到磁性能优异的薄带。
所述步骤（3）中捞渣保温时间为10~30min。
硼元素的加入，使高硅钢合金熔点降低，对坩埚的要求降低，同时能大幅提高坩埚的使用寿命；硼元素的加入大大降低合金熔液黏度，增加合金的流动性，使得钢液更易于出带成型，且不易堵嘴。加入硼元素之后，由于硼化物的析出，形成钉扎效应，快凝的高硅钢薄带晶粒更加细小，并且由于在晶界析出强化，抗拉强度更高，高频磁性能更具优势。
本发明的有益效果是：
（1）本发明的Fe-6.5wt.%Si-B合金薄带产品，由于硼元素细化晶粒的作用，加入硼元素后，其抗拉强度较Fe-6.5wt.%Si合金薄带提高50%，表面平整度与光洁度得到提高，板形更好，省去了冷轧平整工序，降低成本，后续缠绕系数高于Fe-6.5wt.%Si薄带，厚度满足使用要求，更益于器件制造。
（2）本发明的工艺使得对生产设备的要求低，坩埚可重复使用，大大降低生产成本，硼元素带来的合金熔液特性的改变，同等条件下的熔融合金，含硼元素合金流动性更好，控制硼元素含量降低熔点50~100℃，使得生产过程更加可控制，安全性更高。
（3）本发明的Fe-6.5wt.%Si-B合金薄带，其晶粒尺寸较Fe-6.5wt.%Si薄带减小了20%，从而提高了薄带塑性，并且更有利于器件的高频应用。
（4）本发明得到的Fe-6.5wt.%Si-B合金薄带，通过适当的热处理工艺，可以获得特定磁性能，低频磁性能降低，高频磁性能更具优，按使用条件获得相应的最优磁性能。
以上优化使得含硼高硅钢薄带更具工业化规模化优势。
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硼铁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99.6wt%，所用铁为工业纯铁，所用硼铁纯度为含硼20.3wt%。
实施例1
（1）原料准备：以上述原料，按含硅6.5wt%，含硼0.05 wt%，其余为铁及不可避免杂质配备原料；
（2）熔炼：采用中频真空感应炉熔炼原料，在1580℃条件下精炼浇铸成母合金钢锭；
（3）重熔：将炼好的高硅钢母合金钢锭放在甩带坩埚中加热熔化，温度1500℃，使其充分熔化后捞渣保温15min；
（4）快凝甩带：熔融状态下，将钢液倾倒在冷却辊上，得到0.035mm厚，板形平整的含硼高硅钢薄带。
（5）热处理：薄带表面涂覆绝缘层，缠绕成卷，在1100℃条件下保温3h后冷却，得到磁性能优异的薄带：B80=1.61T，P0.5/10k=1.4W/kg，P0.7/20k=8.3W/kg。
实施例2
（1）原料准备：以上述原料，按含硅6.5wt%，含硼0.3wt%，其余为铁及不可避免杂质配备原料；
（2）熔炼：采用中频真空感应炉熔炼原料，在1560℃条件下精炼浇铸成母合金钢锭；
（3）重熔：将炼好的高硅钢母合金钢锭放在甩带坩埚中加热熔化，温度1520℃，使其充分熔化后捞渣保温20min；
（4）快凝甩带：熔融状态下，将钢液倾倒在冷却辊上，得到0.028mm厚，板形平整的含硼高硅钢薄带。
（5）热处理：薄带表面涂覆绝缘层，缠绕成卷，在900℃条件下保温5h后冷却，得到薄带的磁性能：B80=1.55T，P0.5/10k=3.9W/kg，P0.7/20k=18.7W/kg。
实施例3
（1）原料准备：以上述原料，按含硅3wt%，含硼1wt%，其余为铁及不可避免杂质配备原料；
（2）熔炼：采用中频真空感应炉熔炼原料，在1600℃条件下精炼浇铸成母合金钢锭；
（3）重熔：将炼好的高硅钢母合金钢锭放在甩带坩埚中加热熔化，温度1600℃，使其充分熔化后捞渣保温10min；
（4）快凝甩带：熔融状态下，将钢液倾倒在冷却辊上，得到0.03mm厚，板形平整的含硼硅钢薄带。
（5）热处理：薄带表面涂覆绝缘层，缠绕成卷，在800℃条件下保温1h后冷却，得到磁性能优异的薄带。
本具体实施方式在高硅钢中加入合金元素硼,使得合金熔液熔点降低50~100℃，流动性、成形性更好，生产的薄带板形平整，抗拉强度高，装配系数高，并且降低了制备高硅钢薄带的设备要求,使坩埚可重复使用,具有广泛的适用性，且成本低。

Claims (3)

1.一种含硼高硅钢薄带，其特征在于：含硼高硅钢薄带按重量百分比计，硼含量为0.05~1.0wt%，硅含量为3.0~7.0wt%，其余为铁及少量其它不可避免杂质成带厚度为0.02~0.06mm。
2.权利要求1所述含硼高硅钢薄带的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：
（1）配料：按所述含硼高硅钢薄带的化学组分，即硼含量为0.05~1.0wt%，硅含量为3.0~7.0wt%，其余为铁及少量其它不可避免杂质，以工业纯铁、商业用硅和硼铁为原料配料；
（2）熔炼：采用中频真空感应炉熔炼原料，在1300~1700℃条件下精炼浇铸成母合金钢锭；
（3）重熔：将炼好的高硅钢母合金钢锭放在甩带坩埚中加热熔化，使其温度高于合金熔点形成50~200℃过热度，温度依据成分调整在1400~1600℃，充分熔化后捞渣保温；
（4）快凝甩带：熔融状态下，将钢液倾倒在冷却辊上，得到0.02~0.06mm厚的含硼高硅钢薄带；
（5）热处理：薄带缠绕成卷，表面涂覆绝缘层，在600~1300℃条件下保温1~5h后冷却，得到磁性能优异的薄带。
3.根据权利要求2所述的含硼高硅钢薄带的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中捞渣保温时间为10~30min。
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