CN115404329A - 一种硅钢带材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种硅钢带材及其制备方法，属于钢材制备技术领域，方法包括：对硅钢进行冷轧，得到冷轧板；对所述冷轧板进行拉伸和连续交替弯曲，得到塑性延伸板；对塑性延伸板进行再结晶退火，得到硅钢带材；通过轧制、拉伸弯曲矫直使带材内应力分布均匀，为后续再结晶退火后获得高的平直度奠定基础，再结合再结晶退火，最终得到高平直度的硅钢带材。
Description
技术领域
本申请涉及钢材制备技术领域，尤其涉及一种硅钢带材及其制备方法。
背景技术
极薄硅钢带材通常指厚度不大于0.1mm、Si元素含量约3％的Fe-Si合金带材，在中高频条件下具有优异的磁性能，是电力电子、航空航天、军工等领域不可缺少的一种重要的软磁材料。
常规厚度(≥0.15mm)硅钢的制备需经过长时间的高温退火以使其发生二次再结晶，形成锋锐的高斯织构，最终获得优异的磁性能。对于极薄硅钢带材，厚度的大幅降低导致轧制、退火的工艺控制难度非常大，同时薄带的表面积与体积比显著增大，使得抑制剂的空间分布和数量明显减少，退火过程中抑制剂的熟化与分解速度加剧，抑制力减弱，从而导致二次再结晶不易完善。因此，利用常规硅钢的制备方法制备极薄硅钢的难度极大。
有学者利用高斯单晶轧制、退火过程中织构的转变原理，将常规厚度硅钢成品板经过冷轧和850℃初次再结晶退火制备极薄硅钢，该方法也被称为一次再结晶法，工艺流程简短，易于控制，是工业生产极薄硅钢的首选技术手段。而近年来，无底层硅钢的生产技术发展很快，可保证在获得良好磁性能和表面质量的前提下批量生产，这为极薄硅钢带材制造工艺的简化提供了重要前提。
发明内容
申请人在发明过程中发现：钢带材平直度是影响使用效果的关键因素之一，高的平直度可保障极薄硅钢带材冲压后零件的尺寸精度和装配精度，同时避免在带材内部产生额外应力，恶化磁性能。然而，由于冷轧变形时加工硬化快，且成品厚度薄(≤0.1mm)，退火时极易因内应力释放不均造成带材平直度差，因此极薄硅钢带材的平直度控制难度极大。
本申请提供了一种硅钢带材及其制备方法，以提供制备保持较高平直度的极薄硅钢带材途径。
第一方面，本申请提供了一种硅钢带材的制备方法。
具体的，所述方法包括：
对硅钢进行冷轧，得到冷轧板；
对所述冷轧板进行拉伸和连续交替弯曲，得到塑性延伸板；
对塑性延伸板进行再结晶退火，得到硅钢带材。
作为一种可选的实施方式，所述拉伸的变形率不超过1％。
作为一种可选的实施方式，所述对塑性延伸板进行再结晶退火，得到硅钢带材，具体包括：
在保持设定张力状态下对塑性延伸板进行再结晶退火，得到硅钢带材。
作为一种可选的实施方式，所述设定张力不超过1.5Kg/mm2。
作为一种可选的实施方式，所述再结晶退火包括第一段退火和第二段退火。
作为一种可选的实施方式，所述第一段退火的温度为550-700℃，所述第一段退火的时间为10-120s；和/或
所述第二段退火的温度为910-980℃，所述第二段退火的时间为30-300s。
作为一种可选的实施方式，所述方法还包括：
对所述硅钢带材进行绝缘层涂覆，后进行烘干。
作为一种可选的实施方式，所述烘干的温度为530-580℃。
作为一种可选的实施方式，所述冷轧的道次为1-2道次；和/或
所述冷轧板的厚度为0.03-0.10mm；和/或
所述硅钢为无底层硅钢。
第二方面，本申请提供了一种硅钢带材，为第一方面任一项实施例所述的硅钢带材的制备方法制得的产品。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的该方法，通过采用拉伸弯曲矫直使带材内应力分布均匀，为后续再结晶退火后获得高的平直度奠定基础，再结合再结晶退火，最终得到高平直度的硅钢带材。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的方法的流程图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
申请人在发明过程中发现：目前，如中国发明专利申请CN108315542A超薄取向硅钢板材及其制备方法，其以有底层或无底层硅钢母料为原料，采用一次或多次轧制法制备极薄硅钢。以厚度0.20-0.35mm、表面粗糙度为1.60-0.05μm的无底层硅钢为母料、采用一次轧制法制备极薄硅钢时，其连续退火工艺为：将所述冷轧板材以50-700℃/min的升温速率升温至750-900℃下保温1-100min后在空气中冷却；该技术方案退火时间最长达100min，时间长，且对退火设备长度要求高。此外，该申请未涉及平直度控制的相关工序。中国发明专利申请CN113186381A一种中频用取向硅钢极薄带及其钢基板的制备方法，其针对一次轧制法生产的极薄硅钢带材铁损较高、磁性能波动大的问题，提出采用至少三段式连续退火工艺进行再结晶退火；该技术工艺复杂、退火温度高，生产成本高，且不利于节能环保。同样地，该发明专利未涉及平直度控制。中国发明专利申请CN104726669A一种低铁损中频用取向硅钢超薄带的制备方法，其以有底层硅钢为原料，通过酸洗→冷轧→涂覆退火隔离剂→罩式退火→热拉伸平整退火极涂覆绝缘膜制造0.03-0.10mm极薄硅钢带材；该技术以有底层硅钢为原料，涉及多次酸洗，且退火温度最高达1200℃，保温时间最长达30h，温度高、时间长，经济、环保性差。同样地，该发明专利未涉及平直度控制。中国发明专利申请CN104831038A超薄取向硅钢薄带的制造工艺，其以厚度0.2-0.3mm的普通硅钢为原料，采用2次轧制法制备0.02mm的极薄硅钢带材，再结晶退火温度750-1150℃，该技术以有底层硅钢为原料，涉及酸洗，且退火温度最高达1150℃，温度高，经济性、环保性差。同样地，该发明专利未涉及平直度控制。
然而，钢带材平直度是影响使用效果的关键因素之一，高的平直度可保障极薄硅钢带材冲压后零件的尺寸精度和装配精度，同时避免在带材内部产生额外应力，恶化磁性能。然而，由于冷轧变形时加工硬化快，且成品厚度薄(≤0.1mm)，退火时极易因内应力释放不均造成带材平直度差，因此极薄硅钢带材的平直度控制难度极大。
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种流程短、成本低、经济、环保的极薄硅钢带材制造方法，通过轧制、拉伸弯曲矫直使带材内应力分布均匀，并结合两段式再结晶退火和涂覆绝缘涂层使其获得高的平直度和优异磁性能。具体的，以厚度为0.20-0.30mm的无底层硅钢为原料，经一次轧制、拉伸弯曲矫直和一次再结晶退火后，涂覆绝缘涂层，制备厚度为0.03-0.10mm的极薄硅钢带材。
如图1所示，本申请实施例提供了一种硅钢带材的制备方法，所述方法包括：
S1.对硅钢进行冷轧，得到冷轧板；
在一些实施例中，所述冷轧的道次为1-2道次所述冷轧板的厚度为0.03-0.10mm；所述硅钢为无底层硅钢。
具体而言，本实施例中，在室温下，以厚度0.20-0.30mm的无底层硅钢为原料，通过1-2道次轧制，轧至最终厚度0.03-0.10mm。
S2.对所述冷轧板进行拉伸和连续交替弯曲，得到塑性延伸板；
具体而言，本实施例中，采用拉伸弯曲矫直使0.03-0.10mm的极薄硅钢带材在拉伸和连续交替弯曲的联合作用下，产生塑性延伸，消除带材各种板形缺陷。
在一些实施例中，所述拉伸的变形率不超过1％。
控制拉伸变形率不超过1％，以确保内应力分布均匀，为带材经再结晶退火后获得高的平直度奠定基础。
S3.对塑性延伸板进行再结晶退火，得到硅钢带材。
在一些实施例中，所述对塑性延伸板进行再结晶退火，得到硅钢带材，具体包括：
在保持设定张力状态下对塑性延伸板进行再结晶退火，得到硅钢带材。
本实施例中，所述设定张力不超过1.5kg/mm2。
具体而言，本实施例中，清洗表面后，在纯氢气氛下进行连续退火形成再结晶组织。退火采用两段式，第一段温度550-700℃，保温时间10s-120s；第二段退火温度910-980℃，保温时间30-300s；退火过程中保持张力不超过1.5kg/cm2。
采用该退火工艺可使带材在退火过程中均匀释放内应力以获得高的平直度；同时保持不超过1.5kg/cm2的微张力可避免退火过程中引入新的内应力，从而使带材的损耗保持在较低水平。
一般而言，再结晶退火采用多段退火，本实施例中，所述再结晶退火包括第一段退火和第二段退火。
更进一步的，所述第一段退火的温度为550-700℃，所述第一段退火的时间为10-120s；所述第二段退火的温度为910-980℃，所述第一段退火的时间为30-300s。
S4.对所述硅钢带材进行绝缘层涂覆，后进行烘干。
在一些实施例中，所述烘干的温度为530-580℃。
具体而言，本实施例中，连续涂覆绝缘涂层，涂层烘干烧结温度530-580℃。
控制烘干的温度为530-580℃，可确保绝缘涂层快速干燥，生产效率高，同时避免温度过高造成急冷急热而在带材中引入新的内应力，造成带材损耗偏高。
采用以上设计，以0.20-0.30mm厚无底层硅钢为原材料而不是常规硅钢，因此不涉及酸洗去除表面绝缘涂层，环保性极好；同时整个制备过程仅采用一次轧制、一次退火，工艺流程短，退火温度低，能耗低、经济性极高；另外，采用“拉矫+两段式连续退火”方式使钢带内应力分布及释放均匀，以获得高平直度，并结合两段式再结晶退火和涂覆绝缘涂层使其获得高的平直度和优异磁性能，同时，采用张力控制避免再结晶退火过程中产生新的内应力，以获得优异的磁性能。此外，在带材加工使用过程中，高平直度可避免导致带材冲压后零件的尺寸精度和装配精度差，以及在带材内部产生额外应力，使磁性能恶化，影响使用效果。
基于一个总的发明构思，本申请实施例还提供一种硅钢带材，所述硅钢带材采用如上所述的硅钢带材的制备方法制得。
该硅钢带材是基于上述硅钢带材的制备方法来制备的，该硅钢带材的制备方法的具体步骤可参照上述实施例，由于该硅钢带材采用了上述实施例的部分或全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
实施例1
一种硅钢带材的制备方法，方法包括：
以0.20mm无底层硅钢为原料轧制出0.05mm极薄硅钢带材，以0.5％的延伸率拉伸弯曲矫直后，清洗钢带表面后在纯氢气氛下进行再结晶退火，第一段退火工艺550℃×2min，第二段退火工艺910℃×5min，张力不超过1.5kg/cm2，然后连续涂覆表面绝缘层，在530℃进行烘干和烧结。得到的极薄硅钢。
实施例2
一种硅钢带材的制备方法，方法包括：
以0.27mm无底层硅钢为原料轧制出0.08mm极薄硅钢带材，以0.8％的延伸率拉伸弯曲矫直后，清洗钢带表面后在纯氢气氛下进行再结晶退火，第一段退火工艺600℃×1min，第二段退火工艺950℃×3min，张力不超过1.5kg/cm2，然后连续涂覆表面绝缘层，在550℃进行烘干和烧结。得到的极薄硅钢。
实施例3
一种硅钢带材的制备方法，方法包括：
以0.30mm无底层硅钢为原料轧制出0.10mm极薄硅钢带材，以1.0％的延伸率拉伸弯曲矫直后，清洗钢带表面后在纯氢气氛下进行再结晶退火，第一段退火工艺700℃×10s，第二段退火工艺980℃×0.5min，张力不超过1.5kg/cm2，然后连续涂覆表面绝缘层，在580℃进行烘干和烧结。得到的极薄硅钢。
实施例4
一种硅钢带材的制备方法，方法包括：
以0.20mm无底层硅钢为原料轧制出0.03mm极薄硅钢带材，以0.4％的延伸率拉伸弯曲矫直后，清洗钢带表面后在纯氢气氛下进行再结晶退火，第一段退火工艺620℃×30s，第二段退火工艺930℃×1.5min，张力不超过1.5kg/cm2，然后连续涂覆表面绝缘层，在560℃进行烘干和烧结。得到的极薄硅钢。
对比例1
一种硅钢带材的制备方法，方法包括：
以0.27mm无底层硅钢为原料轧制出0.08mm极薄硅钢带材，清洗钢带表面后在纯氢气氛下进行再结晶退火，退火工艺920℃×43s，张力不超过2.0kg/cm2，然后连续涂覆表面绝缘层，在580℃进行烘干和烧结。得到的极薄硅钢。
相关实验及效果数据：
将实施例1-4和对比例1提供的硅钢带材经去应力退火后，进行性能测试，结果如下表：
由上表可得，采用本申请实施例提供的方法制备的硅钢带材平直度高，磁性能优异，其悬垂翘曲≤1.0mm/m，水平翘曲≤0.5mm/m，B800≥1.80T，P1.5/400≤12.5W/kg。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种硅钢带材的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
对硅钢进行冷轧，得到冷轧板；
对所述冷轧板进行拉伸和连续交替弯曲，得到塑性延伸板；
对塑性延伸板进行再结晶退火，得到硅钢带材。
2.根据权利要求1所述的硅钢带材的制备方法，其特征在于，所述拉伸的变形率不超过1％。
3.根据权利要求1所述的硅钢带材的制备方法，其特征在于，所述对塑性延伸板进行再结晶退火，得到硅钢带材，具体包括：
在保持设定张力状态下对塑性延伸板进行再结晶退火，得到硅钢带材。
4.根据权利要求3所述的硅钢带材的制备方法，其特征在于，所述设定张力不超过1.5Kg/mm2。
5.根据权利要求1或3所述的硅钢带材的制备方法，其特征在于，所述再结晶退火包括第一段退火和第二段退火。
6.根据权利要求5所述的硅钢带材的制备方法，其特征在于，所述第一段退火的温度为550-700℃，所述第一段退火的时间为10-120s；和/或
所述第二段退火的温度为910-980℃，所述第二段退火的时间为30-300s。
7.根据权利要求1所述的硅钢带材的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述硅钢带材进行绝缘层涂覆，后进行烘干。
8.根据权利要求7所述的硅钢带材的制备方法，其特征在于，所述烘干的温度为530-580℃。
9.根据权利要求1所述的硅钢带材的制备方法，其特征在于，所述冷轧的道次为1-2道次；和/或
所述冷轧板的厚度为0.03-0.10mm；和/或
所述硅钢为无底层硅钢。
10.一种硅钢带材，其特征在于，所述硅钢带材采用权利要求1至9中任意一项所述的硅钢带材的制备方法制得。
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