CN114293089B

CN114293089B - 一种软磁性高硅钢极薄带及其制备方法

Info

Publication number: CN114293089B
Application number: CN202111677985.8A
Authority: CN
Inventors: 张迪; 苏莹涛; 王波; 孙会兰; 朱立光; 郭志红
Original assignee: Hebei University of Science and Technology
Current assignee: Hebei University of Science and Technology
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2041-12-31
Also published as: CN114293089A

Abstract

本发明涉及硅钢带的制备技术领域，具体公开一种软磁性高硅钢极薄带及其制备方法。所述软磁性高硅钢极薄带的制备方法包括熔炼、包覆CaF₂和TiB₂偶合涂层、微波热压成型、酸洗、渗氮、一次退火、三道热轧、二次退火、三次温轧和三次退火。本发明提供的软磁性高硅钢极薄带的制备方法制得的软磁性高硅钢极薄带的晶粒细化程度高、组织均匀，改变了传统的相析出路径，有效消除了有序相的形成，使其具有优异的延展性，并具备更高的磁感和更低的铁损。

Description

一种软磁性高硅钢极薄带及其制备方法

技术领域

本发明涉及硅钢带的制备技术领域，尤其涉及一种软磁性高硅钢极薄带及其制备方法。

背景技术

Fe-6.5wt％Si高硅钢具有高电阻率和良好的饱和磁化强度，已成为用于制造发电机、变频电机、高频变压器、扼流圈和高频磁屏蔽以及其他电动仪器和电信领域的一种流行软磁材料。同时，Fe-6.5wt％Si高硅钢还具有降低电机工作过程中噪声的潜力，这主要归功于其优异的软磁性能，如低铁损、高导磁率和低磁致伸缩系数。但由于Fe-6.5wt％Si高硅钢中的硅含量的增加，其机械性能变差，在实现工业化高效益生产高硅钢中受到限制。

快速凝固技术可以有效的抑制高硅钢中有序相的生成，提高塑性，可一定程度上改善高硅钢的机械性能。但通过目前的快速凝固技术制备得到的高硅钢的磁性能较差、晶粒尺寸不易控制、铁损增加，无法实现其在高性能电机中的使用要求。

发明内容

针对现有Fe-6.5wt％Si高硅钢存在的上述问题，本发明提供一种软磁性高硅钢极薄带及其制备方法，该方法制备得到的软磁性高硅钢极薄带兼具厚度小、组织均匀、晶粒细密、延展性好、铁损低以及磁感性能好的优势。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种软磁性高硅钢极薄带的制备方法，包括以下步骤：

a、取高硅钢母基合金以及铌铁合金和钴铁硅合金作为制备所述软磁性高硅钢极薄带的原材料，并使所述原材料满足以下合金元素质量百分比：

C：0.005％-0.0065％，Si：6.2％-6.9％，Mn：0.12％-0.18％，S：0.02％- 0.03％，Nb：0.02％-0.05％，Co：0.23％-0.32％，P：＜0.005％，N：0.008％- 0.01％和余量的Fe；

b、先将所述高硅钢母基合金熔炼后，再加入所述铌铁合金和钴铁硅合金进行熔炼；然后采用真空单辊甩带法制备得到厚度为25μm-50μm的高硅钢薄带前驱体；

c、将所述高硅钢薄带前驱体置于CaF₂和TiB₂偶合的涂层溶液中，得到包覆涂层的高硅钢薄带前驱体；

d、将包覆涂层的高硅钢薄带前驱体进行微波热压成型，得到成型产品；

e、将所述成型产品依次通过酸洗和渗氮处理后，进行轧制和退火；所述轧制和退火的方法为：将所述成型产品依次进行一次退火、三道热轧、二次退火、三次温轧和三次退火；所述一次退火在真空条件下进行，所述一次退火的温度为750℃-950℃；所述三道热轧在850℃-1050℃下进行，每次压下量为 15％-20％；所述二次退火在氢气气氛中进行，所述二次退火的温度为1000℃- 1150℃；所述三道温轧在550℃-650℃下进行，每次压下量为10％-15％；所述三次退火在惰性气体气氛中进行，所述三次退火的温度为1050℃-1250℃。

相对于现有技术，本发明提供的软磁性高硅钢极薄带的制备方法通过添加特定量的Nb和Co辅助元素合金化处理，结合快速凝固深过冷技术得到特定厚度、组织均匀和延展性好的高硅钢薄带前驱体，再通过特定的CaF₂和TiB₂偶合涂层包覆、微波热压成型、三道热轧、三道温轧、三次再结晶退火工艺，可以显著提高上述Fe-6.2％Si～Fe-6.9％Si高硅钢的延展性和磁性能，改善软磁性高硅钢极薄带的机械性能。同时，采用先熔炼高硅钢母基合金再加入铌铁合金和钴铁硅合金进行熔炼的过程，可以保证铌和钴元素的收得率。上述制备方法得到的高硅钢极薄带的厚度可达到0.06mm-0.12mm，磁感性能B₈₀₀大于1.98T，铁损P_1.7/50值小于0.95W/kg、P_1.0/400值小于8.2W/kg。即与现有6.5％Si 的硅钢板相比，本发明制备的带的软磁性高硅钢极薄带的晶粒细化程度高、组织均匀，改变了传统的相析出路径，有效消除了有序相的形成，使其具有优异的延展性，并具备更高的磁感和更低的铁损。

优选的，步骤b中，所述高硅钢母基合金的熔炼温度控制在1150℃- 1250℃、熔炼次数为3-5次。

优选的，步骤b中，加入所述铌铁合金和钴铁硅合金进行熔炼的温度控制在1100℃-1200℃、熔炼的次数为3-5次。通过上述反复多次熔炼，可以保证合金中各元素的均匀性。

优选的，步骤b中，真空单辊甩带法中，所述单辊的表面线速为30m/s- 40m/s，真空度为1×10^-4Pa-1×10^-5Pa。上述甩带条件可进一步提高得到的高硅钢薄带的组织均匀性和延展性。

优选的，步骤c中，所述涂层溶液的制备方法为：每500mL甘油中加入 18-22g的CaF₂和28-32g的TiB₂纳米粉末混合均匀，得到所述涂层溶液。

优选的，步骤c中，所述高硅钢薄带前驱体置于CaF₂和TiB₂偶合的涂层溶液中的保持时间为3min-6min，且每间隔1min-2min搅拌一次。

通过上述方法在高硅钢薄带前驱体表面包覆的CaF₂和TiB₂偶合的涂层，可进一步改善热压成型样品的致密性和冲片性能。

优选的，步骤d中，所述微波热压成型的温度为800℃-900℃、压力为 40MPa-50MPa，所述成型产品的厚度为0.3mm-0.32mm。

优选的，步骤d中，所述酸洗的方法为：将所述成型产品置于3.5wt.％- 4.5wt.％的盐酸溶液中浸泡1min-2min。

优选的，步骤d中，所述渗氮的温度为800℃-950℃、时间为1min-2min。

优选的，步骤d中，所述一次退火的时间为2min-5min。

优选的，步骤d中，所述二次退火的时间为2min-5min；

优选的，步骤d中，所述三次退火的时间为3min-5min。

本发明还提供了所述软磁性高硅钢极薄带的制备方法制得的软磁性高硅钢极薄带。

通过本发明提供的制备方法制得的软磁性高硅钢极薄带具有优良的延展性，克服了传统高硅钢薄带的脆性大的缺陷，其厚度可低至0.06-0.12mm，平均晶粒尺寸为5-10μm，在极薄状态下还能保持良好的机械性能，并兼具高磁感和低铁损的特性。

附图说明

图1是本发明实施例1中制得的软磁性高硅钢极薄带的自由面微观形貌图；

图2是本发明实施例1中制得的软磁性高硅钢极薄带的纵截面微观形貌图；

图3是本发明实施例1中制得的软磁性高硅钢极薄带的金相图；

图4是本发明实施例1中制得的软磁性高硅钢极薄带的SEM图；

图5是本发明实施例1中制得的软磁性高硅钢极薄带的拉伸试验图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种软磁性高硅钢极薄带的制备方法，包括以下步骤：

a、取高硅钢母基合金以及铌铁合金和钴铁硅合金作为制备所述软磁性高硅钢极薄带的原材料，并使原材料满足以下合金元素质量百分比：

C：0.006％，Si：6.5％，Mn：0.15％，S：0.025％，Nb：0.04％，Co： 0.28％，P：0.003％，N：0.009％和余量的Fe；

b、先将高硅钢母基合金加入高真空电弧熔炼炉中，在1150℃下进行熔炼，待高硅钢母基合金安全溶化后，反复熔炼3次，熔炼结束后保温3min，再加入铌铁合金和钴铁硅合金继续进行熔炼，熔炼的温度为1100℃，并反复熔炼3；然后采用真空单辊(铜辊)甩带制备高硅钢薄带前驱体，其中，铜辊表面线速为32m/s，真空度为2×10^-5Pa，制备得到厚度为30μm的高硅钢薄带前驱体；

c、将高硅钢薄带前驱体置于CaF₂和TiB₂偶合的涂层溶液中保持3min，且每间隔1min搅拌一次，取出干燥得到包覆涂层的高硅钢薄带前驱体；其中，所述涂层溶液的制备方法为：每500mL甘油中加入18g的CaF₂和28g的TiB₂纳米粉末混合均匀，得到所述涂层溶液；

d、将包覆涂层的高硅钢薄带前驱体进行微波热压成型，微波热压成型的温度为850℃、压力为45MPa，得到成型产品的厚度为0.3mm；

e、将成型产品置于4wt.％的盐酸溶液中浸泡1min，随后置于渗氮炉中，在温度为850℃的条件下，2min，随炉冷却；取出成型产品进行轧制和退火，所述轧制和退火的方法为：将成型产品依次进行一次退火、三道热轧、二次退火、三次温轧和三次退火；一次退火在真空条件下进行，退火温度为800℃、时间为3min；三道热轧在850℃-1050℃下进行，每次压下量为18％；二次退火在氢气气氛中进行，退火温度为1050℃、时间为3min；三道温轧在600℃下进行，每次压下量为12％；三次退火在氮气气氛中进行，退火温度为 1150℃、时间为4min；轧制和退火完成后得到0.1mm的软磁性高硅钢极薄带。

对该实施例得到的软磁性高硅钢极薄带的微观组织结构和拉伸性能进行观察和测试，得到的软磁性高硅钢极薄带的微观形貌图如图1所示，软磁性高硅钢极薄带的自由面形貌如图2所示，软磁性高硅钢极薄带的金相图如图3所示，软磁性高硅钢极薄带的SEM图如图4所示，软磁性高硅钢极薄带的拉伸性能如图5所示。通过上述微观组织结构的观察，可知该软磁性高硅钢极薄带的晶粒细度高(平均晶粒尺寸为8.3μm)、组织均匀、具有极佳的拉伸性能。

实施例2

一种软磁性高硅钢极薄带的制备方法，包括以下步骤：

C：0.005％，Si：6.2％，Mn：0.12％，S：0.02％，Nb：0.02％，Co：0.23％，P：0.004％，N：0.008％和余量的Fe；

b、先将高硅钢母基合金加入高真空电弧熔炼炉中，在1190℃下进行熔炼，待高硅钢母基合金安全溶化后，反复熔炼4次，熔炼结束后保温3min，再加入铌铁合金和钴铁硅合金继续进行熔炼，熔炼的温度为1150℃，并反复熔炼4 次；然后采用真空单辊(铜辊)甩带制备高硅钢薄带前驱体，其中，铜辊表面线速为30m/s，真空度为1×10^-4Pa，制备得到厚度为25μm的高硅钢薄带前驱体；

c、将高硅钢薄带前驱体置于CaF₂和TiB₂偶合的涂层溶液中保持4min，且每间隔1min搅拌一次，取出干燥得到包覆涂层的高硅钢薄带前驱体；其中，所述涂层溶液的制备方法为：每500mL甘油中加入20g的CaF₂和30g的TiB₂纳米粉末混合均匀，得到所述涂层溶液；

d、将包覆涂层的高硅钢薄带前驱体进行微波热压成型，微波热压成型的温度为800℃、压力为40MPa，得到成型产品的厚度为0.3mm；

e、将成型产品置于3.5wt.％的盐酸溶液中浸泡2min，随后置于渗氮炉中，在温度为800℃的条件下，渗氮1min，随炉冷却；取出所述成型产品进行轧制和退火，所述轧制和退火的方法为：将成型产品依次进行一次退火、三道热轧、二次退火、三次温轧和三次退火；一次退火在真空条件下进行，退火温度为 750℃、时间为5min；三道热轧在850℃下进行，每次压下量为15％；二次退火在氢气气氛中进行，退火温度为1000℃、时间为5min；三道温轧在550℃下进行，每次压下量为10％；三次退火在氮气气氛中进行，退火温度为 1050℃、时间为5min；轧制和退火完成后得到0.12mm的软磁性高硅钢极薄带。

对该实施例得到的软磁性高硅钢极薄带的微观组织结构和拉伸性能进行观察和测试，其微观组织形貌与实施例1中得到的软磁性高硅钢极薄带相似，其晶粒细度高(平均晶粒尺寸为7.4μm)、组织均匀，且其拉伸性能与实施例1 相当。

实施例3

一种软磁性高硅钢极薄带的制备方法，包括以下步骤：

C：0.0065％，Si：6.9％，Mn：0.18％，S：0.03％，Nb：0.05％，Co： 0.32％，P：0.003％，N：0.01％和余量的Fe；

b、先将高硅钢母基合金加入高真空电弧熔炼炉中，在1250℃下进行熔炼，待高硅钢母基合金安全溶化后，反复熔炼5次，熔炼结束后保温3min，再加入铌铁合金和钴铁硅合金继续进行熔炼，熔炼的温度为1200℃，并反复熔炼5 次；然后采用真空单辊(铜辊)甩带制备高硅钢薄带前驱体，其中，铜辊表面线速为40m/s，真空度为1×10^-5Pa，制备得到厚度为50μm的高硅钢薄带前驱体；

c、将高硅钢薄带前驱体置于CaF₂和TiB₂偶合的涂层溶液中保持6min，且每间隔2min搅拌一次，得到包覆涂层的高硅钢薄带前驱体；其中，所述涂层溶液的制备方法为：每500mL甘油中加入22g的CaF₂和32g的TiB₂纳米粉末混合均匀，得到所述涂层溶液；

d、将包覆涂层的高硅钢薄带前驱体进行微波热压成型，微波热压成型的温度为900℃、压力为50MPa，得到成型产品的厚度为0.32mm；

e、将成型产品置于4.5wt.％的盐酸溶液中浸泡2min，随后置于渗氮炉中，在温度为950℃的条件下，渗氮1min，随炉冷却；取出所述成型产品进行轧制和退火，所述轧制和退火的方法为：将成型产品依次进行一次退火、三道热轧、二次退火、三次温轧和三次退火；一次退火在真空条件下进行，退火温度为 950℃、时间为2min；三道热轧在1050℃下进行，每次压下量为20％；二次退火在氢气气氛中进行，退火温度为1150℃、时间为2min；三道温轧在650℃下进行，每次压下量为15％；三次退火在氩气气氛中进行，退火温度为 1250℃、时间为3min；轧制和退火完成后得到0.06mm的软磁性高硅钢极薄带。

对该实施例得到的软磁性高硅钢极薄带的微观组织结构和拉伸性能进行观察和测试，其微观组织形貌与实施例1中得到的软磁性高硅钢极薄带相似，其晶粒细度高(平均晶粒尺寸为8.5μm)、组织均匀，且其拉伸性能与实施例1 相当。

试验例

对实施例1-3制备得到的软磁性高硅钢极薄带的磁感性能、铁损和失效塑性变形量进行检测，检测结果如表1所示。

表1软磁性高硅钢极薄带的磁感性能、铁损值和失效塑性变形量

由表1中的检测数据可知，实施例1-3制备得到的软磁性高硅钢极薄带具有优异的磁性能、极低的铁损和良好的延展性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种软磁性高硅钢极薄带的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

C：0.005%-0.0065%，Si：6.2%-6.9%，Mn：0.12%-0.18%，S：0.02%-0.03%，Nb：0.02%-0.05%，Co：0.23%-0.32%，P：＜0.005%，N：0.008%-0.01%和余量的Fe；

d、将包覆涂层的高硅钢薄带前驱体进行微波热压成型，得到成型产品；所述微波热压成型的温度为800℃-900℃、压力为40MPa-50MPa，所述成型产品的厚度为0.3mm-0.32mm；

e、将所述成型产品依次通过酸洗和渗氮处理后，进行轧制和退火；所述轧制和退火的方法为：将所述成型产品依次进行一次退火、三道热轧、二次退火、三道温轧和三次退火；所述一次退火在真空条件下进行，所述一次退火的温度为750℃-950℃；所述三道热轧在850℃-1050℃下进行，每次压下量为15%-20%；所述二次退火在氢气气氛中进行，所述二次退火的温度为1000℃-1150℃；所述三道温轧在550℃-650℃下进行，每次压下量为10%-15%；所述三次退火在惰性气体气氛中进行，所述三次退火的温度为1050℃-1250℃；

所述软磁性高硅钢极薄带的厚度为0.06-0.12mm。

2.如权利要求1所述的软磁性高硅钢极薄带的制备方法，其特征在于：步骤b中，所述高硅钢母基合金的熔炼温度控制在1150℃-1250℃、熔炼次数为3-5次。

3.如权利要求1所述的软磁性高硅钢极薄带的制备方法，其特征在于：步骤b中，加入所述铌铁合金和钴铁硅合金进行熔炼的温度控制在1100℃-1200℃、熔炼的次数为3-5次。

4.如权利要求1所述的软磁性高硅钢极薄带的制备方法，其特征在于：步骤b中，真空单辊甩带法中，所述单辊的表面线速为30m/s-40m/s，真空度为1×10^-4Pa-1×10^-5Pa。

5.如权利要求1所述的软磁性高硅钢极薄带的制备方法，其特征在于：步骤c中，所述涂层溶液的制备方法为：每500mL甘油中加入18-22g的CaF₂和28-32g的TiB₂纳米粉末混合均匀，得到所述涂层溶液。

6.如权利要求1所述的软磁性高硅钢极薄带的制备方法，其特征在于：步骤c中，所述高硅钢薄带前驱体置于CaF₂和TiB₂偶合的涂层溶液中的保持时间为3min-6min，且每间隔1min-2min搅拌一次。

7.如权利要求1所述的软磁性高硅钢极薄带的制备方法，其特征在于：步骤d中，所述酸洗的方法为：将所述成型产品置于3.5wt.%-4.5wt.%的盐酸溶液中浸泡1min-2min；

和/或步骤d中，所述渗氮的温度为800℃-950℃、时间为1min-2min。

8.如权利要求1所述的软磁性高硅钢极薄带的制备方法，其特征在于：步骤d中，所述一次退火的时间为2min-5min；

和/或步骤d中，所述二次退火的时间为2min-5min；

和/或步骤d中，所述三次退火的时间为3min-5min。

9.权利要求1-8任一项所述的软磁性高硅钢极薄带的制备方法制得的软磁性高硅钢极薄带。