CN111020131A - 一种硅钢铁芯的退火工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及硅钢铁芯技术领域，具体涉及一种硅钢铁芯的退火工艺，包括如下步骤：(1)将硅钢铁芯装入炉胆并吊入退火炉中，加热至500‑700℃，保温1‑2h，并对炉胆内的氮气进行换气，排除油烟；(2)将硅钢铁芯继续加热至750‑800℃，然后保温2‑3h；(3)将炉胆转移至保温坑中进行降温，待硅钢铁芯降温至300‑315℃之后，对炉胆进行抽真空，然后打开炉胆的进气阀引入空气；(4)待炉胆恢复至常压时，将硅钢铁芯取出，在空气中进行自然冷却即可。本发明退火工艺可解决冷轧硅钢铁芯材料的多项异常问题，如发白、发黄、发紫，颜色不一致、结块等不良现象，消除内应力，恢复材料本身的电磁性。
Description
技术领域
本发明涉及硅钢铁芯技术领域，具体涉及一种硅钢铁芯的退火工艺。
背景技术
硅钢片，英文名称是silicon lamination，它是一种含碳极低的硅铁软磁合金，一般含硅量为0.5～4.5％。加入硅可提高铁的电阻率和最大磁导率，降低矫顽力、铁芯损耗(铁损)和磁时效。主要用来制作各种变压器、电动机和发电机的铁芯。
硅钢片在加工过程中，容易产生内应力，使局部金相结构改变，降低磁导率，增加磁滞损耗，退火处理可消除内应力，恢复材料本身的电磁性，但铁芯经退火后，表面容易发生发白、发黄、发红、结块等一系列问题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种硅钢铁芯的退火工艺，可解决冷轧硅钢铁芯材料的多项异常问题，如发白、发黄、发紫，颜色不一致、结块等不良现象，消除内应力，恢复材料本身的电磁性。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种硅钢铁芯的退火工艺，包括如下步骤：
(1)将硅钢铁芯装入炉胆并吊入退火炉中，加热至500-700℃，保温1-2h，并对炉胆内的氮气进行换气，排除油烟；
(2)将硅钢铁芯继续加热至750-800℃，然后保温2-3h；
(3)将炉胆转移至保温坑中进行降温，待硅钢铁芯降温至300-315℃之后，对炉胆进行抽真空，然后打开炉胆的进气阀引入空气，控制空气的流速为4-6m3/h；
(4)待炉胆恢复至常压时，将硅钢铁芯取出，在空气中进行自然冷却即可。
其中，所述步骤(1)中，炉胆内氮气气压为0.04-0.08MPa。
其中，所述步骤(1)中，换气过程中氮气流速控制在4-6m3/h。
其中，所述步骤(3)中，炉胆在保温坑中的降温速率控制在20-30℃/min。
其中，所述硅钢铁芯由如下重量百分比的组分制得：铝粉1-3wt％、硅粉4-5wt％、硼粉1-2wt％，余量为铁粉。
对于硅钢，最重要的性能之一就是铁损，而随着硅钢片的硅含量提升，硅钢的电阻率升高、磁导率升高、磁致伸缩系数降低、磁晶各向异性常数降低，交流铁损也大幅度下降。但是与此同时，高硅含量也会使硅钢片的硬度和脆性急剧上升，难以采用常规轧制工艺加工成型。
本发明通过采用部分硼粉代替硅粉，硼粉同样具有提高电阻率、降低交流铁损的性质，但硼粉简单替代硅粉依然无法解决硅钢片脆性过高的问题，因此本发明还在合金组分中加入了少量铝粉，铝和硼可以在铁基体中形成中间相化合物，从而既可以抑制铝粉的加入对导电率的提升作用，也可以降低铁对单质硼的固溶压力，降低单质硼的析出量从而提高硅钢片的加工性能，因而制得高硅硼含量、加工性能好的硅钢片。
其中，所述铁粉的纯度大于90.5％，铝粉的纯度大于99％，硅粉的纯度大于99％，硼粉的纯度大于99％。
其中，所述铁粉的粒径为60-100目，所述铝粉的粒径为5-10μm，所述硅粉的粒径为300-600目，所述硼粉的粒径为10-20μm。
本发明对铁粉、铝粉、硅粉和硼粉的参数进行进一步筛选，有利于控制硅钢铁芯的板形、性能和加工难度。
其中，所述硅钢铁芯的制备方法包括如下步骤：A、在惰性气体保护氛围下将铝粉、硅粉、硼粉和铁粉按配比进行混合，得到混合粉末；B、将所述混合粉末进行轧制，轧制出厚度为0.75-1.5mm、密度为6.0-6.4g/cm3的带胚；C、将所述带胚在1000-1100℃真空烧结1-2h，然后在1200-1300℃真空烧结2-3h，得到带材；D、将所述带材进行多次冷轧，直至带材厚度降低至0.3-0.5mm，即得到所述硅钢铁芯。
由于本发明的硅硼铝钢铁芯在常温下具有较好的加工性能，因此可以通过粉末轧制法先制得厚度较大的带胚，也解决了粉末轧制法板形难以控制、烧结后致密度差的问题；而后通过二次烧结以及冷轧，制得性能优异的硅钢铁芯。
本发明的有益效果在于：本发明退火工艺可解决冷轧硅钢铁芯材料的多项异常问题，如发白、发黄、发紫，颜色不一致、结块等不良现象，消除内应力，恢复材料本身的电磁性。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种硅钢铁芯的退火工艺，包括如下步骤：
(1)将硅钢铁芯装入炉胆并吊入退火炉中，加热至600℃，保温1.5h，并对炉胆内的氮气进行换气，排除油烟；
(2)将硅钢铁芯继续加热至770℃，然后保温2.5h；
(3)将炉胆转移至保温坑中进行降温，待硅钢铁芯降温至310℃之后，对炉胆进行抽真空，然后打开炉胆的进气阀引入空气，控制空气的流速为5m3/h；
(4)待炉胆恢复至常压时，将硅钢铁芯取出，在空气中进行自然冷却即可。
其中，所述步骤(1)中，炉胆内氮气气压为0.06MPa。
其中，所述步骤(1)中，换气过程中氮气流速控制在5m3/h。
其中，所述步骤(3)中，炉胆在保温坑中的降温速率控制在25℃/min。
其中，所述硅钢铁芯由如下重量百分比的组分制得：硅粉6wt％，余量为铁粉。
其中，所述铁粉的纯度大于90.5％，硅粉的纯度大于99％。
其中，所述铁粉的粒径为80目，所述硅粉的粒径为450目。
其中，所述硅钢铁芯的制备方法包括如下步骤：A、在惰性气体保护氛围下将硅粉和铁粉按配比进行混合，得到混合粉末；B、将所述混合粉末进行轧制，轧制出厚度为0.4mm、密度为6.1g/cm3的带胚；C、将所述带胚在1050℃真空烧结1.5h，然后在1300℃真空烧结2h，得到带材。
实施例2
一种硅钢铁芯的退火工艺，包括如下步骤：
(1)将硅钢铁芯装入炉胆并吊入退火炉中，加热至600℃，保温1.5h，并对炉胆内的氮气进行换气，排除油烟；
(2)将硅钢铁芯继续加热至770℃，然后保温2.5h；
(3)将炉胆转移至保温坑中进行降温，待硅钢铁芯降温至310℃之后，对炉胆进行抽真空，然后打开炉胆的进气阀引入空气，控制空气的流速为5m3/h；
(4)待炉胆恢复至常压时，将硅钢铁芯取出，在空气中进行自然冷却即可。
其中，所述步骤(1)中，炉胆内氮气气压为0.06MPa。
其中，所述步骤(1)中，换气过程中氮气流速控制在5m3/h。
其中，所述步骤(3)中，炉胆在保温坑中的降温速率控制在25℃/min。
其中，所述硅钢铁芯由如下重量百分比的组分制得：铝粉2wt％、硅粉4.5wt％、硼粉1.5wt％，余量为铁粉。
其中，所述铁粉的纯度大于90.5％，铝粉的纯度大于99％，硅粉的纯度大于99％，硼粉的纯度大于99％。
其中，所述铁粉的粒径为80目，所述铝粉的粒径为7.5μm，所述硅粉的粒径为450目，所述硼粉的粒径为15μm。
其中，所述硅钢铁芯的制备方法包括如下步骤：A、在惰性气体保护氛围下将铝粉、硅粉、硼粉和铁粉按配比进行混合，得到混合粉末；B、将所述混合粉末进行轧制，轧制出厚度为1.1mm、密度为6.2g/cm3的带胚；C、将所述带胚在1050℃真空烧结1.5h，然后在1250℃真空烧结2.5h，得到带材；D、将所述带材进行多次冷轧，直至带材厚度降低至0.4mm，即得到所述硅钢铁芯。
实施例3
一种硅钢铁芯的退火工艺，包括如下步骤：
(1)将硅钢铁芯装入炉胆并吊入退火炉中，加热至500℃，保温2h，并对炉胆内的氮气进行换气，排除油烟；
(2)将硅钢铁芯继续加热至750℃，然后保温3h；
(3)将炉胆转移至保温坑中进行降温，待硅钢铁芯降温至300℃之后，对炉胆进行抽真空，然后打开炉胆的进气阀引入空气，控制空气的流速为4m3/h；
(4)待炉胆恢复至常压时，将硅钢铁芯取出，在空气中进行自然冷却即可。
其中，所述步骤(1)中，炉胆内氮气气压为0.04MPa。
其中，所述步骤(1)中，换气过程中氮气流速控制在4m3/h。
其中，所述步骤(3)中，炉胆在保温坑中的降温速率控制在20℃/min。
其中，所述硅钢铁芯由如下重量百分比的组分制得：铝粉1wt％、硅粉4wt％、硼粉1wt％，余量为铁粉。
其中，所述铁粉的纯度大于90.5％，铝粉的纯度大于99％，硅粉的纯度大于99％，硼粉的纯度大于99％。
其中，所述铁粉的粒径为60目，所述铝粉的粒径为5μm，所述硅粉的粒径为300目，所述硼粉的粒径为10μm。
其中，所述硅钢铁芯的制备方法包括如下步骤：A、在惰性气体保护氛围下将铝粉、硅粉、硼粉和铁粉按配比进行混合，得到混合粉末；B、将所述混合粉末进行轧制，轧制出厚度为0.75mm、密度为6.0g/cm3的带胚；C、将所述带胚在1000℃真空烧结2h，然后在1200℃真空烧结3h，得到带材；D、将所述带材进行多次冷轧，直至带材厚度降低至0.3mm，即得到所述硅钢铁芯。
实施例4
一种硅钢铁芯的退火工艺，包括如下步骤：
(1)将硅钢铁芯装入炉胆并吊入退火炉中，加热至700℃，保温1h，并对炉胆内的氮气进行换气，排除油烟；
(2)将硅钢铁芯继续加热至800℃，然后保温2h；
(3)将炉胆转移至保温坑中进行降温，待硅钢铁芯降温至315℃之后，对炉胆进行抽真空，然后打开炉胆的进气阀引入空气，控制空气的流速为6m3/h；
(4)待炉胆恢复至常压时，将硅钢铁芯取出，在空气中进行自然冷却即可。
其中，所述步骤(1)中，炉胆内氮气气压为0.08MPa。
其中，所述步骤(1)中，换气过程中氮气流速控制在6m3/h。
其中，所述步骤(3)中，炉胆在保温坑中的降温速率控制在30℃/min。
其中，所述硅钢铁芯由如下重量百分比的组分制得：铝粉3wt％、硅粉5wt％、硼粉2wt％，余量为铁粉。
其中，所述铁粉的纯度大于90.5％，铝粉的纯度大于99％，硅粉的纯度大于99％，硼粉的纯度大于99％。
其中，所述铁粉的粒径为100目，所述铝粉的粒径为10μm，所述硅粉的粒径为600目，所述硼粉的粒径为20μm。
其中，所述硅钢铁芯的制备方法包括如下步骤：A、在惰性气体保护氛围下将铝粉、硅粉、硼粉和铁粉按配比进行混合，得到混合粉末；B、将所述混合粉末进行轧制，轧制出厚度为1.5mm、密度为6.4g/cm3的带胚；C、将所述带胚在1100℃真空烧结1h，然后在1300℃真空烧结2h，得到带材；D、将所述带材进行多次冷轧，直至带材厚度降低至0.5mm，即得到所述硅钢铁芯。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：
其中，所述硅钢铁芯由如下重量百分比的组分制得：硅粉4.5wt％、硼粉1.5wt％，余量为铁粉。
其中，所述铁粉的纯度大于90.5％，硅粉的纯度大于99％，硼粉的纯度大于99％。
其中，所述铁粉的粒径为80目，所述硅粉的粒径为450目，所述硼粉的粒径为15μm。
其中，所述硅钢铁芯的制备方法包括如下步骤：A、在惰性气体保护氛围下将硅粉、硼粉和铁粉按配比进行混合，得到混合粉末；B、将所述混合粉末进行轧制，轧制出厚度为1.1mm、密度为6.2g/cm3的带胚；C、将所述带胚在1050℃真空烧结1.5h，然后在1250℃真空烧结2.5h，得到带材；D、将所述带材进行多次冷轧，直至带材厚度降低至0.4mm，即得到所述硅钢铁芯。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于
其中，所述硅钢铁芯由如下重量百分比的组分制得：铝粉2wt％、硅粉6wt％，余量为铁粉。
其中，所述铁粉的纯度大于90.5％，铝粉的纯度大于99％，硅粉的纯度大于99％。
其中，所述铁粉的粒径为80目，所述铝粉的粒径为7.5μm，所述硅粉的粒径为450目。
其中，所述硅钢铁芯的制备方法包括如下步骤：A、在惰性气体保护氛围下将铝粉、硅粉和铁粉按配比进行混合，得到混合粉末；B、将所述混合粉末进行轧制，轧制出厚度为1.1mm、密度为6.2g/cm3的带胚；C、将所述带胚在1050℃真空烧结1.5h，然后在1250℃真空烧结2.5h，得到带材；D、将所述带材进行多次冷轧，直至带材厚度降低至0.4mm，即得到所述硅钢铁芯。
实施例1-2和对比例1-2经退火工艺生产出的硅钢的磁性能见下表：
| 铁芯损耗P<sub>1.5/50</sub>(W/kg) | 磁感应强度B<sub>50</sub>(T) | |
| 实施例1 | 3.55 | 1.617 |
| 实施例2 | 2.31 | 1.859 |
| 对比例1 | 3.18 | 1.682 |
| 对比例2 | 3.74 | 1.574 |
由实施例1和实施例2的对比可知，本发明相对一般的高硅硅钢铁芯具有更佳的磁性能表现；由实施例1和对比例1的对比可知，缺少铝粉的加入之后，硼粉在铁中容易以析出态出现，因此也会导致硅钢片脆性增大、加工难度提升，铁芯烧结后的密度不高，因此磁性能并不出众，但与一般的高硅硅钢铁芯相比，仍具有较好的性能表现；由实施例1和对比例2对比可知，铝粉的加入对硅钢铁芯的磁性能并无助益，磁性能表现显著下降。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种硅钢铁芯的退火工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将硅钢铁芯装入炉胆并吊入退火炉中，加热至500-700℃，保温1-2h，并对炉胆内的氮气进行换气，排除油烟；
(2)将硅钢铁芯继续加热至750-800℃，然后保温2-3h；
(3)将炉胆转移至保温坑中进行降温，待硅钢铁芯降温至300-315℃之后，对炉胆进行抽真空，然后打开炉胆的进气阀引入空气，控制空气的流速为4-6m3/h；
(4)待炉胆恢复至常压时，将硅钢铁芯取出，在空气中进行自然冷却即可。
2.根据权利要求1所述的一种硅钢铁芯的退火工艺，其特征在于：所述步骤(1)中，炉胆内氮气气压为0.04-0.08MPa。
3.根据权利要求1所述的一种硅钢铁芯的退火工艺，其特征在于：所述步骤(1)中，换气过程中氮气流速控制在4-6m3/h。
4.根据权利要求1所述的一种硅钢铁芯的退火工艺，其特征在于：所述步骤(3)中，炉胆在保温坑中的降温速率控制在20-30℃/min。
5.根据权利要求1所述的一种硅钢铁芯的退火工艺，其特征在于：所述硅钢铁芯由如下重量百分比的组分制得：铝粉1-3wt％、硅粉4-5wt％、硼粉1-2wt％，余量为铁粉。
6.根据权利要求5所述的一种硅钢铁芯的退火工艺，其特征在于：所述铁粉的纯度大于90.5％，铝粉的纯度大于99％，硅粉的纯度大于99％，硼粉的纯度大于99％。
7.根据权利要求5所述的一种硅钢铁芯的退火工艺，其特征在于：所述铁粉的粒径为60-100目，所述铝粉的粒径为5-10μm，所述硅粉的粒径为300-600目，所述硼粉的粒径为10-20μm。
8.根据权利要求5所述的一种硅钢铁芯的退火工艺，其特征在于：所述硅钢铁芯的制备方法包括如下步骤：A、在惰性气体保护氛围下将铝粉、硅粉、硼粉和铁粉按配比进行混合，得到混合粉末；B、将所述混合粉末进行轧制，轧制出厚度为0.75-1.5mm、密度为6.0-6.4g/cm3的带胚；C、将所述带胚在1000-1100℃真空烧结1-2h，然后在1200-1300℃真空烧结2-3h，得到带材；D、将所述带材进行多次冷轧，直至带材厚度降低至0.3-0.5mm，即得到所述硅钢铁芯。
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