CN112176240B - 一种高性能高铝硅钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高性能高铝硅钢的制备方法,属于粉末冶金技术领域。本发明以气雾化硅铁粉、铝粉和磷铁粉为原料,经充分球磨混料后得到Fe‑Si‑Al‑P混合粉末,经真空退火后通过粉末轧制的方法形成生坯薄板,经高温烧结使其冶金结合,多道次热轧至一定厚度后再经2‑5次冷轧,最后经高温退火,得到具有优良性能的高铝硅钢薄片。本发明在Fe‑Si体系中引入Al、P元素,既可以有效提高了材料的软磁性能参数,且利用具有良好延展性的Al粉改善了体系的成形性,保证粉末轧制成形,具有操作简单、生产效率高、产品精度高、无污染与夹杂、性能优异等优点。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域,涉及一种高性能高铝硅钢的制备方法。
背景技术
硅钢是电力、电子和电讯工业用以制造发电机、电动机、变压器、继电器、互感器以及其它电器仪表的重要磁性材料,是产量最大的金属功能材料之一。硅钢的性能比铁优越,具有电阻率高(是电工纯铁的几倍)、涡流损耗低、饱和磁感应强度高、价格便宜且稳定性好等优点,而且易于批量生产,是目前应用量最大的软磁材料。硅钢片中随着含硅量的增加,可使电阻率、磁导率增加,矫顽力、磁致伸缩系数降低,可减少涡流损耗及磁滞损耗等。然而含硅量增加会使材料变硬变脆,导热性与韧性下降,对散热和机械加工不利。
铝在电工钢中的作用与硅是有类似之处的。上世纪五六十年代曾制备出含16%Al的阿尔彼姆合金,并将之轧制到0.15-0.2mm的厚度,900-1000℃退火并在水中于600℃淬火后最大磁导率达到了90000,具有很低的磁滞损耗和涡流损耗。同时,实验证明阿尔彼姆钢由于大量Al的加入会增加其耐腐蚀性。然而,在传统熔铸方法中,由于铝极易被氧化,导致该种钢的表面容易出现缺陷、低倍夹杂、点状偏析等重大质量问题,特别是在冶炼过程中,所以冶炼高铝钢的难度相对较大。而粉末冶金方法中加入纯净度高的气雾化铝粉,无论是成形还是烧结过程均可很好的避免这种问题。
磷在硅钢中也具有和硅相似的优点,而且对强磁场下的磁感应强度影响不大。在Si含量相同的情况下,随着P含量的提高,电阻率增加,矫顽力降低,具有降低涡流损和磁滞损耗的作用。同时,P对提高磁导率也有意义。二十世纪八九十年代,我国已对低硅钢中加入少量磷元素有了一定的研究,虽然取得了一定的成果,但是绝大部分均处于实验室研究阶段,且由于采用传统制备方法成材率低、性能也不稳定的缘故并未得到推广和使用。
因此,研究和开发可行性高、性能优异、经济有效、成熟稳定的高铝硅钢工艺路线是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能高铝硅钢的制备方法。传统粉末冶金法在制备高纯净度、高性能硅钢薄片上存在着诸多限制。采用纯净度高的气雾化合金硅钢粉会导致其成形性大大下降,掺入粘结剂则势必会影响其纯净度和磁性能参数。本发明充分利用粉末冶金的本征优势,在气雾化硅钢粉末中引入Al元素和P元素,能够很好的提升粉末体系成形性,同时进一步改善了其磁性能。而Al和P在传统熔铸法中会分别由于极易氧化和偏析的缘故难以顺利加入。因此,本发明在解决硅钢生产工艺和提升性能上具有无可比拟的优势,且操作简单、生产效率高、产品精度高、无污染与夹杂、保证了高铝硅钢薄片优良的磁学和力学性能。
一种高性能高铝硅钢的制备方法,其具体步骤为:
(1)原材料准备:准备30-60μm的气雾化硅铁粉,5-30μm的氮气雾化铝粉以及5-30μm磷铁合金粉;
(2)混料:将硅铁粉、铝粉以及磷铁合金粉按照Fe-(3-5)wt.%Si-(3-5)wt.%Al-(0.05-0.2)wt.%P比例进行配料,采用滚动球磨机进行球磨混料,制成混合粉末;
(3)粉末处理:将上述混合粉末在真空烧结炉中进行退火,在300-450℃下加热2-4h,充分去除加工硬化所产生的应力。
(4)粉末轧制:采用30-60°倾斜轧机进行轧制,利用轧辊与粉末间的摩擦力喂料,轧制出生坯薄板;
(5)真空烧结:将步骤(4)中的生坯薄板在1150-1200℃下真空烧结3-5h,实现冶金结合和元素扩散均匀化;
(6)多道次热轧及温轧:将上述烧结板坯加热至800-930℃后进行多道次热轧,热轧至板坯厚度≤2.2mm;然后于340-450℃进行温轧至板坯厚度约≤0.6mm;
(7)冷轧:充分酸洗去除氧化皮后,直接进行2-5次冷轧至板坯厚度0.15-0.25mm;
(8)高温真空退火:将冷轧后的板坯于900-950℃真空退火0.5-2h;随炉冷却后至550℃时保温3-5h,再随炉冷却至室温,得到具有优异组织和性能的高铝硅钢薄片。
进一步地,步骤(1)所述的硅铁粉为Fe-(3-5)wt.%Si的气雾化粉,磷铁合金粉为Fe-(25-50)wt.%P的合金粉。
进一步地,步骤(2)中所述的球磨参数设置为球料比2:1,混合3-5h,使粉末充分混合均匀。
进一步地,步骤(4)所述的生坯薄板厚度为1.4-2.5mm,宽度为60-300mm,密度为6.0-6.5g/cm3。
进一步地,步骤(6)中所述的多道次热轧中,每道次热轧后需重新充分加热后进行下一道次轧制。
进一步地,步骤(8)中所述的板坯经高温真空退火后,需在550℃进行保温处理,利于其充分生成多种有序相而优化磁性能。
本发明的优点:
(1)硅铁粉和铝粉均选用气雾化粉末,保证了产品的纯净度,极大的减少了夹杂的数量;
(2)相较于传统熔铸法,采用粉末冶金法加入Al不易被氧化,加入P不易产生偏析,产品质量和成品率提高;
(3)粉末体系中加入均匀分布的细Al粉,其良好延展性的特性能够很好的改善粉末体系的成形性,保证了在不加入粘结剂的情况下能够实现粉末轧制成形;
(4)在Fe-Si体系中加入了一定量Al元素,在Si和Al的协同作用下进一步优化了软磁性能,且Al的引入增强了材料的抗氧化性;
(5)在Fe-Si体系中添加一定的P,能够促进烧结,有效降低铁损,提升磁导率;
(6)Al和P的同时引入使磁性能能够媲美高硅钢的同时,其成形性得到了极大的提升,具有很大的性能和工艺的综合性突破;
(7)操作简单、生产效率高、产品精度高、避免了污染与夹杂,有利于实现工业化生产。
具体实施方式
实施案例1:
(1)将30μm气雾化Fe-3.2wt.%Si粉、10μm的气雾化铝和20μm的25wt.%P-Fe合金粉按照Fe-3wt.%Si-4wt.%Al-0.1wt.%P进行配料,采用滚动球磨机进行球磨混料,球料比2:1,混合3.5h,制成混合粉末;
(2)将混合粉末于真空高温炉中进行退火,于350℃下加热2h,充分去除加工硬化所产生的应力。;
(3)采用40°倾斜轧机,利用轧辊与粉末间的摩擦力喂料,轧制出生坯薄板厚度为2.3mm,宽度为160mm,密度为6.1g/cm3;
(4)将上述生坯薄板在1150℃下真空烧结4h,实现冶金结合和元素扩散均匀化,得到烧结板坯;
(5)将上述烧结板坯加热至860℃后进行多道次热轧,热轧至板坯厚度2.0mm;然后于380℃进行温轧至板坯厚度约0.5mm;
(6)充分酸洗去除氧化皮后,直接进行3次冷轧至板坯厚度0.23mm,得到冷轧薄板;
(7)将冷轧薄板于950℃真空退火1h;随炉冷却后至550℃时保温3h,之后随炉冷却至室温得到具有优异组织和性能的高铝硅钢薄片。
实施案例2:
(1)将60μm气雾化Fe-4.7wt.%Si粉、8μm的气雾化铝粉和15μm的40wt.%P-Fe合金粉按照Fe-4.5wt.%Si-3.5wt.%Al-0.2wt.%P进行配料,采用滚动球磨机进行球磨混料,球料比2:1,混合5h,制成混合粉末;
(2)将混合粉末于真空高温炉中进行退火,于400℃下加热3h,充分去除加工硬化所产生的应力。;
(3)采用60°倾斜轧机,利用轧辊与粉末间的摩擦力喂料,轧制出生坯薄板厚度为2.0mm,宽度为240mm,密度为6.32g/cm3;
(4)将上述生坯薄板在1180℃下真空烧结3h,实现冶金结合和元素扩散均匀化,得到烧结板坯;
(5)将上述烧结板坯加热至820℃后进行多道次热轧,热轧至板坯厚度1.92mm;然后于380℃进行温轧至板坯厚度约0.6mm;
(6)充分酸洗去除氧化皮后,直接进行5次冷轧至板坯厚度0.17mm,得到冷轧薄板;
(7)将冷轧薄板于920℃真空退火2h;随炉冷却后至550℃时保温4h,之后随炉冷却至室温得到具有优异组织和性能的高铝硅钢薄片。
Claims (3)
1.一种高性能高铝硅钢的制备方法,其特征在于:在气雾化硅钢粉末体系中引入一定量的Al元素及少量的P元素,在充分保证体系洁净度的同时满足粉末轧制成形性的要求,磁性能也得到了提升,实现高性能高铝硅钢薄片的高效率制备,具体步骤如下:
(1)原材料准备:准备30-60μm的气雾化硅铁粉,5-30μm的氮气雾化铝粉以及5-30μm磷铁合金粉;
(2)混料:将硅铁粉、铝粉以及磷铁合金粉按照Fe-(3-4.5)wt.%Si-(3-5)wt.%Al-
(0.05-0.2)wt.%P比例进行配料,采用滚动球磨机进行球磨混料,制成混合粉末;
(3)粉末处理:将上述混合粉末在真空烧结炉中进行退火,在300-450℃下加热2-4h,充分去除加工硬化所产生的应力;
(4)粉末轧制:采用30-60°倾斜轧机进行轧制,利用轧辊与粉末间的摩擦力喂料,轧制出生坯薄板;
(5)真空烧结:将步骤(4)中的生坯薄板在1150-1200℃下真空烧结3-5h,实现冶金结合和元素扩散均匀化;
(6)多道次热轧及温轧:将烧结板坯加热至800-930℃后进行多道次热轧,热轧至板坯厚度≤2.2mm;然后于340-450℃进行温轧至板坯厚度≤0.6mm;
(7)冷轧:充分酸洗去除氧化皮后,直接进行2-5次冷轧至板坯厚度0.15-0.25mm;
(8)高温真空退火:将冷轧后的板坯于900-950℃真空退火0.5-2h;随炉冷却后至550℃时保温3-5h,再随炉冷却至室温,得到具有优异组织和性能的高铝硅钢薄片;
步骤(1)所述的硅铁粉为Fe-(3-5)wt.%Si的气雾化粉,磷铁合金粉为Fe-(25-50)wt.%P的合金粉;
步骤(2)中球磨参数设置为球料比2:1,混合3-5h,使粉末充分混合均匀。
2.按照权利要求1所述一种高性能高铝硅钢的制备方法,其特征在于:步骤(4)所述的生坯薄板厚度为1.4-2.5mm,宽度为60-300mm,密度为6.0-6.5g/cm3。
3.按照权利要求1所述一种高性能高铝硅钢的制备方法,其特征在于:步骤(6)中所述的多道次热轧中,每道次热轧后需重新充分加热后进行下一道次轧制。
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