CN109097535A - 一种基于累积叠轧焊制备高强度无取向硅钢的方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于累积叠轧焊制备高强度无取向硅钢的方法，按以下步骤进行：(1)冶炼钢水后浇注制成连铸坯，成分按质量百分比含C 0.005～0.01％，Si 1.0～3.2％，Al 0.05～0.3％，Mn 0.2～0.8％，Sn 0.05～0.15％，S≤0.005％，余量为Fe；(2)酸洗后进行温轧或冷轧，制成不同厚度薄板；(3)各薄板在还原气氛条件下退火；(4)将面积相同厚度不同的多个退火薄板按梯度叠放，相邻两个退火薄板焊接固定；(5)进行温轧制成梯度叠轧板；(6)在还原气氛条件下再结晶退火。本发明的方法在保证磁感强度的同时，有效降低高频下铁芯损耗，另外晶粒尺寸的梯度设计使其具有优异的强度和韧性，因此兼具磁性能和力学性能。

Description

一种基于累积叠轧焊制备高强度无取向硅钢的方法
技术领域
本发明涉及冶金材料技术领域，特别涉及一种基于累积叠轧焊制备高强度无取向硅钢的方法。
背景技术
近年来，新能源汽车凭借其简单、环保、节约等优点而被大规模发展，是未来汽车的主流发展趋势；驱动电机是新能源汽车三大核心部件之一，无取向硅钢片作为驱动电机的关键材料，其性能直接影响驱动电机的驱动特性和服役表现；开发适用于新能源汽车的高强度、低损耗无取向硅钢受到研究人员的广泛关注。
无取向硅钢是含碳量极低的硅铁软磁合金，被应用于驱动电机铁芯材料，是产量最大的金属功能材料；对于无取向硅钢最重要的性能是低铁损和高磁感应强度，所以无取向硅钢的研究重点主要是获得优异的磁性能；近年来，随着电机运转速率的提高，对无取向硅钢的力学性能提出了更高要求，即要求其具有高磁感应强度、较低的高频铁损，同时具有优异的强韧性，这是新能源汽车驱动电机用无取向硅钢研究的重点问题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于累积叠轧焊制备高强度无取向硅钢的方法，通过将连铸坯经轧制后退火，再将冷轧板叠放后成梯度结构焊接固定，然后进行温轧，制成兼具良好磁性能和强韧性的无取向硅钢。
本发明的方法按以下步骤进行：
1、按设定成分冶炼钢水，然后制成铸坯，厚度1.5～3.0mm，其成分按质量百分比含C 0.005～0.01％，Si 1.0～3.2％，Al 0.05～0.3％，Mn 0.2～0.8％，Sn 0.05～0.15％，S≤0.005％，余量为Fe；其中制成铸坯是选用连铸方式，将钢水浇注到双辊薄带连铸机中，浇注温度为1510～1580℃；
2、将铸坯进行酸洗去除表面氧化皮，然后进行多道次温轧或冷轧，分别制成厚度为0.3～1.1mm的薄板；其中温轧时的开轧温度为380～550℃；
3、将各薄板在还原气氛条件下升温至950～1050℃，退火3～7min，制成退火薄板；
4、将侧面积相同且厚度不同的多个退火薄板叠放在一起，各退火薄板的厚度分布按从顶面和底面向中间逐渐增高；将相邻两个退火薄板的一端焊接固定，制成多层板坯；
5、将多层板坯进行多道次温轧，开轧温度480～520℃，其中第一道次的变形率为45～68％，总变形率为80～90％，制成梯度叠轧板；
6、将梯度叠轧板在还原气氛条件下升温至950～1050℃，再结晶退火1～10min，制成高强度无取向硅钢。
上述的步骤3和6中的还原气氛为氮气和氢气混合气氛，其中氢气的体积百分比为25％。
上述的高强度无取向硅钢的磁感应强度B50为1.61～1.74T，铁损P10/400为18.53～28.61W/kg，抗拉强度Rm为690～870MPa。
上述的多层板坯的层数为单数，优选3层、5层或7层；其中位于中部的退火薄板为中间层，位于顶部的退火薄板为顶层，位于底部的退火薄板为底层，厚度最大的中间层与顶层和底层的厚度比大于3。
上述的多层板坯中，与厚度最大的中间层距离相等的两个退火薄板的厚度相同。
上述的步骤2中，进行多道次温轧或冷轧时，轧制道次为3～7道次，总变形率为25～89％。
本发明的方法通过调整钢板轧制变形量调控晶粒尺寸，实现叠轧硅钢板厚度方向晶粒尺寸梯度设计，从表层细小晶粒向中心层大尺寸晶粒过度，形成沿厚度方向的适度晶粒尺寸梯度分布；制成的无取向硅钢在高频环境下趋肤效应明显，叠轧硅钢板晶粒尺寸的梯度设计，在保证磁感强度的同时，有效降低高频下铁芯损耗；另外晶粒尺寸的梯度设计使其具有优异的强度和韧性，因此硅钢板兼具磁性能和力学性能。
附图说明
图1为本发明的基于累积叠轧焊制备高强度无取向硅钢的方法流程示意图；
图2为本发明实施例1中的高强度无取向硅钢腐蚀前金相组织显微图；
图3为本发明实施例1中的高强度无取向硅钢腐蚀后金相组织显微图。
具体实施方式
本发明实施例中观测金相组织采用LeicaQ550IW光学显微镜。
本发明实施例中进行多道次温轧或冷轧时，道次变形率为5～27％。
本发明实施例中拉伸性能测试采用的标准为GB/T 228.1-2010。
本发明实施例中磁性能测试采用的标准为GB/T13789-2008，利用MATA磁性能自动测试系统V4.3进行数据采集，使用MATS-2010硅钢测试装置测量无取向硅钢单片的磁性能。
本发明实施例中的还原气氛为氮气和氢气混合气氛，其中氢气的体积百分比为25％。
本发明实施例中制备的高强度无取向硅钢的厚度为0.2～0.5mm。
实施例1
流程如图1所示；
按设定成分冶炼钢水，然后浇注到双辊薄带连铸机中，浇注温度为1525℃，制成连铸坯；连铸坯的厚度2.1mm，其成分按质量百分比含C 0.005％，Si 2.4％，Al 0.05％，Mn0.8％，Sn 0.05％，S 0.005％，余量为Fe；
将连铸坯进行酸洗去除表面氧化皮，然后进行多道次冷轧，分别制成厚度为0.35mm和1.1mm的薄板；总变形率分别为83.3％和47.6％；
将各薄板在还原气氛条件下升温至950℃，退火5min，制成退火薄板；
准备侧面积相同的两个厚度0.35mm的退火薄板和一个厚度1.1mm的退火薄板，三个退火薄板叠放在一起，厚度0.35mm的退火薄板(顶层和底层)位于厚度1.1mm的退火薄板(中间层)的两侧；将相邻两个退火薄板的一端焊接固定，制成由3层退火薄板组成的多层板坯；
将多层板坯进行多道次温轧，开轧温度480℃，其中第一道次的变形率为45％，总变形率为80.6％，制成叠轧板，厚度0.35mm；
将叠轧板在还原气氛条件下升温至950℃，再结晶退火6min，制成高强度无取向硅钢，磁感应强度B50为1.72T，铁损P10/400为26.81W/kg，抗拉强度Rm为690MPa；采用光学显微镜观测强度无取向硅钢侧面的金相组织，在腐蚀前后的组织分别如图2和3所示，由图可见，界面结合较好。腐蚀后金相组织表层晶粒尺寸小，中心层晶粒尺寸大，从表层细小晶粒向中心层大尺寸晶粒过度，形成沿厚度方向的适度晶粒尺寸梯度分布。
实施例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)浇注温度为1565℃，连铸坯厚度3.0mm，成分按质量百分比含C 0.01％，Si3.2％，Al 0.3％，Mn 0.2％，Sn 0.15％，S 0.002％，余量为Fe；
(2)分别制成厚度为0.32mm和1.1mm的薄板；总变形率为89.3％和63.3％；
(3)升温至980℃，退火7min；
(4)三个退火薄板叠放在一起，厚度0.32mm的退火薄板位于厚度1.1mm的退火薄板的两侧；
(5)多层板坯进行多道次温轧，开轧温度500℃，其中第一道次的变形率为50％，总变形率为88.5％，制成叠轧板，厚度0.2mm；
(6)升温至970℃，再结晶退火5min，高强度无取向硅钢的磁感应强度B50为1.65T，铁损P10/400为24.61W/kg，抗拉强度Rm为721MPa。
实施例3
方法同实施例1，不同点在于：
(1)浇注温度为1545℃，连铸坯厚度1.8mm，成分按质量百分比含C 0.008％，Si1.0％，Al 0.14％，Mn 0.6％，Sn 0.10％，S 0.003％，余量为Fe；
(2)连铸坯酸洗后进行多道次温轧，分别制成厚度为0.30mm、0.70mm和1mm的薄板；温轧时的开轧温度分别为550℃，总变形率分别为83.3％、61.1％和44.4％；
(3)升温至1050℃，退火3min；
(4)将5个侧面积相同且厚度不同的退火薄板按厚度0.3mm(顶层)、0.7mm、1mm(厚度最大的中间层)、0.7mm和0.3mm(底层)的顺序叠放，焊接固定后制成多层板坯；
(5)多层板坯进行多道次温轧，开轧温度510℃，其中第一道次的变形率为50％，总变形率为83.3％，制成叠轧板，厚度0.5mm；
(6)升温至1000℃，再结晶退火3min，高强度无取向硅钢的磁感应强度B50为1.74T，铁损P10/400为22.13W/kg，抗拉强度Rm为854MPa。
实施例4
方法同实施例1，不同点在于：
(1)浇注温度为1580℃，连铸坯厚度1.5mm，成分按质量百分比含C 0.006％，Si1.8％，Al 0.22％，Mn 0.4％，Sn 0.08％，S 0.004％，余量为Fe；
(2)连铸坯酸洗后进行多道次温轧，分别制成厚度为1.1mm、0.7mm、0.5mm和0.35mm的薄板；温轧时的开轧温度为500℃，总变形率分别为26.7％、53.3％、66.7％和76.7％；
(3)升温至1000℃，退火4min；
(4)将7个侧面积相同且厚度不同的退火薄板按厚度0.35mm(顶层)、0.5mm、0.7mm、1.1mm(厚度最大的中间层)、0.7mm、0.5mm和0.35mm(底层)的顺序叠放，焊接固定后制成多层板坯；
(5)多层梯度板坯进行多道次温轧，开轧温度520℃，其中第一道次的变形率为55％，总变形率为88.1％，制成叠轧板，厚度0.5mm；
(6)升温至1050℃，再结晶退火1min，高强度无取向硅钢的磁感应强度B50为1.69T，铁损P10/400为18.53W/kg，抗拉强度Rm为870MPa。
对比例1
方法同实施例1，不同点在于：
(1)将连铸坯冷轧后制成厚度1.1mm的薄板，退火后不采用累积叠轧，直接温轧并再结晶退火；
(2)得到无取向硅钢的磁感应强度<1.66T，铁损>28.72W/kg，抗拉强度<690MPa。
对比例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)将连铸坯冷轧后制成厚度0.35mm的薄板，退火后将相同厚度的退火薄板叠放，温轧并再结晶退火；
(2)得到无取向硅钢磁感应强度<1.64T，铁损>27.45W/kg抗拉强度<710MPa。
比较实施例和对比例可见，无取向硅钢成分的选择以及梯度叠轧工艺的确定，能够使无取向硅钢同时实现高强度和高频下低铁损。
以上所述的是本申请的优选方案，相关的研究人员在本领域内，在不脱离本申请的原理下，可以做出不同厚度的轧制方案；同时，本发明选用双辊薄带连铸法通过梯度设计制备高强度无取向硅钢，但不仅限于双辊薄带连铸法，对于常规铸锭、薄板坯连铸连轧等方法同样适用本发明中所述的梯度设计制备高强度无取向硅钢，应视为采用了本发明的原理。

Claims (6)

1.一种基于累积叠轧焊制备高强度无取向硅钢的方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)按设定成分冶炼钢水，然后制成铸坯，厚度1.5～3.0mm，其成分按质量百分比含C0.005～0.01％，Si 1.0～3.2％，Al 0.05～0.3％，Mn 0.2～0.8％，Sn 0.05～0.15％，S≤0.005％，余量为Fe；其中制成铸坯是选用连铸方式，将钢水浇注到双辊薄带连铸机中，浇注温度为1510～1580℃；
(2)将铸坯进行酸洗去除表面氧化皮，然后进行多道次温轧或冷轧，分别制成厚度为0.3～1.1mm的薄板；其中温轧时的开轧温度为380～550℃；
(3)将各薄板在还原气氛条件下升温至950～1050℃，退火3～7min，制成退火薄板；
(4)将侧面积相同且厚度不同的多个退火薄板叠放在一起，各退火薄板的厚度分布按从顶面和底面向中间逐渐增高；将相邻两个退火薄板的一端焊接固定，制成多层板坯；
(5)将多层板坯进行多道次温轧，开轧温度480～520℃，其中第一道次的变形率为45～68％，总变形率为80～90％，制成梯度叠轧板；
(6)将梯度叠轧板在还原气氛条件下升温至950～1050℃，再结晶退火1～10min，制成高强度无取向硅钢。
2.根据权利要求1所述的一种基于累积叠轧焊制备高强度无取向硅钢的方法，其特征在于步骤(3)和(6)中的还原气氛为氮气和氢气混合气氛，其中氢气的体积百分比为25％。
3.根据权利要求1所述的一种基于累积叠轧焊制备高强度无取向硅钢的方法，其特征在于所述的高强度无取向硅钢的磁感应强度B50为1.61～1.74T，铁损P10/400为18.53～28.61W/kg，抗拉强度Rm为690～870MPa。
4.根据权利要求1所述的一种基于累积叠轧焊制备高强度无取向硅钢的方法，其特征在于所述的多层板坯的层数为单数，优选3层、5层或7层；其中位于中部的退火薄板为中间层，位于顶部的退火薄板为顶层，位于底部的退火薄板为底层，厚度最大的中间层与顶层和底层的厚度比大于3。
5.根据权利要求4所述的一种基于累积叠轧焊制备高强度无取向硅钢的方法，其特征在于多层板坯中，与厚度最大的中间层距离相等的两个退火薄板的厚度相同。
6.根据权利要求1所述的一种基于累积叠轧焊制备高强度无取向硅钢的方法，其特征在于步骤(2)中，进行多道次温轧或冷轧时，轧制道次为3～7道次，总变形率为25～89％。
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