CN109706300B - 一种硅钢的热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硅钢的热处理方法，包括低温区升温、高温区升温及降温；低温区升温：将坯料加热至800℃‑850℃，保温；高温区升温：将坯料加热至1060℃‑1140℃，保温；降温：降温速率小于等于60℃/小时，降温至150℃后自然降温。低温区升温包括以下步骤：步骤1‑1：自由功率升温至第一温度点，进行第一次保温；步骤1‑2：升温至第二温度点，进行第二次保温；步骤1‑3：升温至第三温度点，进行第三次保温；第三温度点大于第二温度点，第二温度点大于第一温度点。通过上述方案，针对硅钢的导热差，分为高低温两部分进行升温，在低温区升温时升温速率慢，提高内外温度均匀性，在降温的时候控制降温速率，保证不再产生额外的应力。

Description

一种硅钢的热处理方法

技术领域

本发明涉及钢铁制造领域，尤其涉及一种硅钢的热处理方法。

背景技术

硅钢作为具有特殊用途的功能性材料，在电子、电力和军事工业等行业有广泛用途，其生产工艺复杂、制造技术严格，在如今科技领域下，一般用硅钢都是由钢厂直接轧制成钢板，然后得以使用。轧制生产方法生产的大型硅钢板机械性能差、紧实度差，生产方法也受到了很大的局限性。现阶段中对硅钢制成的各类零件的需要越来越多，对其性能的要求也越来越高，传统的硅钢制品及工艺难以满足要求。

在硅钢的硅含量高，导热较差，在熔炼或锻造过程中的热应力残留严重，导致机械性能差，同时大多硅钢未经过热处理便轧制呈薄板，内部晶粒大小不均匀，整体材料性能不佳。

有鉴于此，现提出一种硅钢的热处理方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅钢的热处理方法，通过设计合理的热处理温度曲线，从而实现消除硅钢中的应力以及进行奥氏体化，提高材料的性能。

本发明采用的技术是：

一种硅钢的热处理方法，包括低温区升温、高温区升温及降温；低温区升温：将坯料加热至800℃-850℃，保温；高温区升温：将坯料加热至1060℃-1140℃，保温；降温：降温速率小于等于60℃/小时，降温至150℃后自然降温。

通过上述方案，针对硅钢的导热差，分为高低温两部分进行升温，在低温区升温时升温速率慢，提高内外温度均匀性，在降温的时候控制降温速率，保证不再产生额外的应力。

作为方案的进一步优化，低温区升温包括以下步骤：步骤1-1：自由功率升温至第一温度点，进行第一次保温；步骤1-2：升温至第二温度点，进行第二次保温；步骤1-3：升温至第三温度点，进行第三次保温；第三温度点大于第二温度点，第二温度点大于第一温度点。在低温区升温采用多段升温及保温，形成阶梯式升温曲线，保证材料内外的温度均匀性。

作为方案的进一步优化，步骤1-2及步骤1-3中，升温速度小于等于80℃，第一次保温、第二次保温及第三次保温的保温时间为2-4小时。低温区的升温速率要控制的缓慢，保温时间要合理，保证温度的渗透均匀同时控制总的升温时间。

作为方案的进一步优化，第一温度点为200℃-210℃，第二温度点为500℃-520℃，第三温度点为800℃-850℃。每个梯度的温度点控制在300℃温差内，合理的梯度才能保证在保温的时候达到内外的温度均匀性。

作为方案的进一步优化，高温区升温包括第四次保温，保温时间为5-7小时。在高温区进行保温时，硅钢在超过亚共析钢的奥氏体化的临界温度才能形成奥氏体，在内部也完全进行奥氏体化的情况下，要保证时间足够但不能过长。

作为方案的进一步优化，硅钢的化学成分，按重量百分比如下：C≤0.06%，Si：2.5-3.5%，Mn≤0.25%，S≤0.02%，P≤0.02%，Al≤1.20%，其余成分为Fe。针对现有硅钢的不足，提出了一种新的硅钢配方，上述热处理方法以此配方形成的硅钢未前提进行，但硅钢配方不同，上述热处理方法也适用，需要对温度点与保温时间进行微调即可。

作为方案的进一步优化，硅钢在进行热处理前先进行自由锻，自由锻将板材进行厚度方向进行展宽及拔长，使其厚度方向的下压为厚度的36%-40%。通过锻造后的硅钢在结构上较于轧制的硅钢有了明显的改善，在通过热处理能得到性能更加优越的硅钢。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用本技术方案提供的热处理方法，能有效将硅钢中的应力消除，并将硅钢进行充分的奥氏体化， 得到晶粒合适的奥氏体，提高硅钢的机械性能，克服现有硅钢零件的不足。

通过锻造来提高材料的紧密度，改善材料的性能。

附图说明

图1为本发明提供的一种硅钢的热处理方法的温度曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

实施例1：

参照附图1所示，一种硅钢的热处理方法，包括低温区升温、高温区升温及降温；低温区升温：将坯料加热至800℃-850℃，保温；高温区升温：将坯料加热至1060℃-1140℃，保温；降温：降温速率小于等于60℃/小时，降温至150℃后自然降温。

行业内硅钢产品一般只有热轧或冷轧的硅钢片以及轧制前的连铸坯，一般的硅钢片都在在1mm以下，采用的退火工艺一般为：加热时随炉升温，在750℃-780℃保温3小时-6小时，然后随炉冷却到200℃以下空冷。在本发明提供的热处理方法，主要针对与厚度较大（大于50mm）的硅钢板，行业内暂未有该大尺寸的硅钢板的制备方法及后续的热处理方法。

在低温区形成多段升温保温，保证内外的温度均匀性，合理控制降温速率，保证降温前热处理效果得到保障，很多热处理工艺在不注重降温控制，导致热处理效果不理想。

作为方案的进一步优化，低温区升温包括以下步骤：步骤1-1：自由功率升温至第一温度点，进行第一次保温；步骤1-2：升温至第二温度点，进行第二次保温；步骤1-3：升温至第三温度点，进行第三次保温；第三温度点大于第二温度点，第二温度点大于第一温度点。在低温区升温采用多段升温及保温，形成阶梯式升温曲线，保证材料内外的温度均匀性。

通过上述方案，针对硅钢的导热差，分为高低温两部分进行升温，在低温区升温时升温速率慢，提高内外温度均匀性，在降温的时候控制降温速率，保证不再产生额外的应力。

作为方案的进一步优化，步骤1-2及步骤1-3中，升温速度小于等于80℃，第一次保温、第二次保温及第三次保温的保温时间为2-4小时。低温区的升温速率要控制的缓慢，保温时间要合理，保证温度的渗透均匀同时控制总的升温时间。由于硅钢板含硅量高，导热性较差，所以在加热的过程尤其是低温区加热时必须缓慢进行。在热处理中，最关键的是以下三点：升温速率、保温时间及降温速率，温度点则与材料有关，但在同系中的不同配方相差不大，关键点的控制更为重要。升温降温的速率导致内外温差的大小，温差过大，不仅有应力残留，在不同温度会形成不同晶粒大小的结构，导致材料内部不均匀，性能低。保温则是消除应力，均匀内外温差，但时间过长，晶粒生长过大，性能不佳，时间过短，应力消除不完全，内外温度不一致，结构不均匀。

作为方案的进一步优化，第一温度点为200℃-210℃，第二温度点为500℃-520℃，第三温度点为800℃-850℃。每个梯度的温度点控制在300℃温差内，合理的梯度才能保证在保温的时候达到内外的温度均匀性。

本工艺在升温时在200℃-500℃和500℃-800℃，要求升温速度≤80℃/h是考虑硅钢本身的导热性差及该硅钢的坯料尺寸，保证硅钢板在加热过程中减小内应力不出现裂纹等缺陷。最终降温速度≤60℃/h，也是考虑硅钢本身的导热性差及该硅钢的坯料尺寸，保证硅钢板在降温过程中减小内应力不出现裂纹等缺陷，保证产品质量。实际生产证明，该工艺保证了零件的生产，达到了产品所要求的结果。作为方案的进一步优化，高温区升温包括第四次保温，保温时间为5-7小时。在高温区进行保温时，硅钢在超过亚共析钢的奥氏体化的临界温度才能形成奥氏体，在内部也完全进行奥氏体化的情况下，要保证时间足够但不能过长。高温时间不能过长，时间过长容易导致晶粒生长过大，机械性能不好，高温时间过短，里外有温差，存在应力，因此颗粒控制保温时间以及升温速率，是保证锻造质量的关键。因此，在高温区升温时，采用加热设备的最大公率进行加热，加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率的增加大于长大速度，使奥氏体晶粒越大小适中。再通过短时的保温来时锻前坯料的温度均匀。

实施例2：

本实施例主要提供一种适用于实施例1提供的热处理方法的硅钢配方。

在本实施例中，硅钢的化学成分，按重量百分比如下如下：C≤0.06%，Si：2.5-3.5%，Mn≤0.25%，S≤0.02%，P≤0.02%，Al≤1.20%，其余成分为Fe。针对现有硅钢的不足，提出了一种新的硅钢配方，上述热处理方法以此配方形成的硅钢为前提进行，但硅钢配方不同，上述热处理方法也适用，需要对温度点与保温时间进行微调即可。采用本配方的硅钢板，热处理后的奥氏体晶粒足够大且多，克服了传统的轧制硅钢板中的结构疏松问题，同时厚度大，可用于加工各类零件，不在局限于薄板。

硅钢中加硅的主要作用是提高电阻率，降低涡流损耗、矫顽力和磁滞损耗，从而降低铁损。在硅的含量小于等于3.5%时，硅含量的增加，硅钢的屈服强度与抗张强度明显提高，但在硅含量大于3.5时，随着硅含量的增加，屈服强度与抗张强度都迅速下降，在硅钢配方主要用于厚度较大的板材上，作为零部件的加工毛坯，要求机械性能较高，故控制硅含量获得较高的屈服强度与抗张强度，硅含量越接近3.5%越好，但是熔炼工艺对各个元素的含量存在较大影响，控制在2.5-3.5%为佳。

而碳元素在硅钢中是一种有害元素，含碳量提高，会使硅钢片矫顽力提高，造成铁损增加，磁性下降。碳还是扩大γ区元素，易促成相变，使晶粒细化，从而导致磁性能恶化。碳在钢中以石墨状态存在对磁性能影响最小。考虑到硅钢在后续热锻及退火过程有一定的脱碳能力，熔炼样碳含量0.04%～0.07%，以避免钢中含氧量和气体量增加，恶化钢的质量。因此含碳量控制在0.06%以下为佳。

磷与硅相似，使钢的γ区缩小，促使钢的晶粒长大及电阻增加，从而降低了铁损，提高了电磁性能。钢中磷含量增加，在弱的和中磁场下磁感会提高。在热轧低硅钢以磷代硅能取得较高磁电率。磷会提高钢的冷脆性，使冷加工困难，故对于冷轧取向硅钢，磷应作为有害元素而去除。本配方的板材需要经过热锻及冷加工制成零件，冷加工涉及到各类成型加工，因此磷的含量不应过高，在0.02%以下为佳。

铝与硅有相似作用，如使硅钢片晶粒长大，促使碳石墨化和脱氧。但铝含量高，形成氧化铝夹杂，则磁性恶化并在浇注时水口结瘤。本配方制备的板材希望获得晶粒相对较大的结构，因此铝含量相对较高，但是不能超过1.2%，控制硅与铝的总含量在4%左右较为合适。

硫对硅钢的危害性不仅使钢产生热脆，而且对磁性也是有害的，磁导率下降，铁损显著升高。锰会与硫反应生成MnS，主要起减少钢中硫的作用。锰含量高时，将使硅钢片磁性变坏。锰含量在传统硅钢中时控制在0.35%以下，考虑到本配方中硫在0.02%以下，锰的含量需要进一步降低到0.25%以下。

实施例3：

本实施例提供一种用于实施例2中配方制成的毛坯的热锻方法，锻造完成后采用实施例1中的热处理方法，能得到性能优异的硅钢板。

在本实施例中，硅钢在进行热处理前先进行自由锻，自由锻将板材进行厚度方向进行展宽及拔长，使其厚度方向的下压为厚度的36%-40%。通过锻造后的硅钢在结构上较于轧制的硅钢有了明显的改善，在通过热处理能得到性能更加优越的硅钢。

零件经过该工艺所述的锻造生产后，由于大的压下量，在消除零件疏松保证紧密度的同时，导致零件晶粒细化。热处理的进行，必须保证最终的粗晶粒的生成。在实际热处理完成后，经表面粗加工和后续金相分析，确认晶粒度达到一级或晶粒更大的要求。该配方的硅钢如果采用钢厂采用的常规热轧硅钢片加热温度及保温时间，由于无法进行奥氏体化，故晶粒尺寸无法达到要求。

传统的薄硅钢板在熔炼后直接将坯料进行轧制，导致其性能不佳，应用领域窄。在本发明中提出了通过锻造来提高硅钢板的性能，提高密实度。在本实施例中，坯料锻造前先采用天然气炉进行加热升温，使其适合热锻；其中在升温过程中，采用多段保温的方式来升温至热锻需要最低的800℃，采用多段升温来保证坯料里外温度均匀，减少热应力，保证锻造过程中均匀受力变形，减少应力的残留。同时锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。因此在完成升温后进行厚度方向的热锻，能够有效改善熔炼后坯料的紧实度差的问题，提供机械性能。

在制定加热及后续热处理工艺时，由于考虑硅钢的导热性能差，根据坯料的具体尺寸，为了减小加热时的内应力，故采取了阶梯式的加热方法，在低温区采用保温和≤80℃/h加热速度，都是为了在材料塑性区差的区域减小内应力。实践生产证明，该加热工艺保证了产品的锻造质量。如果在加热过程中采用更大的加热速度，可能导致加热裂纹的产生。

该锻造工艺进行了两次下压，每次压下量取厚度的20%，进行这样选择一是每次厚度20%的压下量刚好满足了锻件的尺寸要求，更重要的是每次20%左右的压下量保证了锻造的锻透性，保证原材料中疏松的消除，保证了锻件的紧实度。

如果采取更大的压下量首先不利于锻件尺寸的保证，其次更大的压下量会造出更大的加工硬化而造成锻件裂纹的产生；如果采取小压下量，则不能使锻件充分锻透，内部疏松也无法得到消除。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种硅钢的热处理方法，其特征在于，包括低温区升温、高温区升温及降温；

低温区升温：将坯料加热至800℃-850℃，保温；

高温区升温：将坯料加热至1060℃-1140℃，保温；

高温区降温：降温速率小于等于60℃/小时，降温至150℃后自然降温；

所述低温区升温包括以下步骤：

步骤1-1：自由功率升温至第一温度点，进行第一次保温；

步骤1-2：升温至第二温度点，进行第二次保温；

步骤1-3：升温至第三温度点，进行第三次保温；所述第三温度点大于所述第二温度点，所述第二温度点大于所述第一温度点；

第一温度点为200℃-210℃，第二温度点为500℃-520℃，第三温度点为800℃-850℃；

硅钢的化学成分，按重量百分比如下：C≤0.06%，Si：2.5-3.5%，Mn≤0.25%，S≤0.02%，P≤0.02%，Al≤1.20%，其余成分为Fe；

所述热处理方法是处理厚度大于50mm的硅钢板。

2.根据权利要求1所述的一种硅钢的热处理方法，其特征在于，所述步骤1-2及步骤1-3中，升温速度小于等于80℃，所述第一次保温、第二次保温及第三次保温的保温时间为2-4小时。

3.根据权利要求1所述的一种硅钢的热处理方法，其特征在于，所述高温区升温包括第四次保温，保温时间为5-7小时。

4.根据权利要求1所述的一种硅钢的热处理方法，其特征在于，所述硅钢在进行热处理前先进行自由锻，所述自由锻将板材进行厚度方向进行展宽及拔长，使其厚度方向的下压为厚度的36%-40%。

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