CN117026081A - 一种含有元素铋无取向硅钢极薄带及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种含有元素铋无取向硅钢极薄带，其原料组成及wt％为，铋0.005～0.05wt％，硅2～4wt％，其余为铁及少量不可避免杂质；制备方法：以纯度、高纯硅和金属铋为原料经在1480～1650℃内熔融后浇铸成母合金铸锭；采用平面流铸制备无取向硅钢极薄带；平整；涂覆绝缘层并缠绕成卷，并在气体保护下退火。本发明在保证B50≥1.62T，P1T/400Hz≤10.27W/kg，厚度在0.03～0.16mm，宽度在1～15mm的无取向硅钢极薄下，还具有成分相对简单并由此使生产成本可降低至少10％。

Description

一种含有元素铋无取向硅钢极薄带及制备方法
技术领域
本发明属于金属材料制备领域，涉及一种基于平面流铸技术制备无取向硅钢极薄带的方法，具体涉及含微量铋元素的无取向硅钢极薄带及制备方法。
背景技术
硅钢是重要的软磁材料，占磁性材料总量的80％以上，主要用于制作各种电机和变压器的铁芯。硅钢的极薄化有利于降低铁损，提高硅钢的磁性能，是电力装备高频化、高功率化和轻量化发展的需要。
目前，制备无取向硅钢极薄带：
一是通过传统的轧制法可以生产0.1mm厚度以下的无取向硅钢极薄带，但制备工序较多且复杂，生产周期长，能源消耗和成本高。二是采用双辊薄带连铸技术将钢液快速凝固直接形成1～5mm的铸带，后续通过轧制进一步减薄也能制备0.1mm厚度的无取向硅钢极薄带，但该技术存在薄带品质较差、成品率低等问题。钢铁产品的近终形制造技术，流程简约高效、节能减碳，是钢铁行业的发展方向。
平面流铸技术可经过甩带直接生产出硅钢极薄带，再经后工序处理即可得到最终产品，流程短、效率高。尤其是平面流铸可制备出各向异性晶粒组织，为生产无取向硅钢创造先决优势；超快速凝固也有效解决Si、Al、P等元素导致的冶金难度和加工脆性，大幅提升硅钢性能。因此，平面流铸技术制备硅钢不仅可有效应对钢铁行业的发展，还可发挥工艺优势制备高性能的硅钢。但硅钢熔体具有熔点高、流动性差、表面张力大等特点，导致平面流铸工艺窗口较窄，制备的硅钢极薄带成形性和表面质量不好，磁性能也较差。研究表明通过添加表面活性元素可以有效的降低铁基合金熔体的表面张力，改善平面流铸过程中硅钢熔体与冷却铜辊的润湿和铺展性能，从而提高薄带成形性和表面质量。
经检索：
中国专利公开号为CN 104561838B的文献，其公开了《一种微量碲改性的硅钢超薄带及其制备方法》的文献。其硅含量为2.8～3.3wt％、锡含量为0.03～0.06wt％、碲含量为0.003～0.004wt％的无取向硅钢薄带。该文献利用甩带法将高温熔体快速凝固得到厚度为0.02～0.08mm半工艺的无取向硅钢极薄带，然后直接进行高温退火得到微量碲改性的硅钢极薄带。该文献成分设计上添加了一定量的碲和锡等微量元素，其中碲常温下易氧化且价格昂贵，造成母合金熔炼较困难和制备成本高。
因此，针对平面流铸技术制备无取向硅钢极薄带，研究和开发一种适合添加的无取向硅钢成分体系的微量合金元素且工艺相对简单、生产成本低、综合性能优良的制备方法是很有必要的。与锡、碲等元素类似，铋作为一种表面活性元素也可以有效的降低硅钢熔体的表面张力，提高平面流铸过程中薄带成形性和表面质量。在长流程生产高磁感取向硅钢工艺中，铋是一种具有高效抑制能力的抑制剂，微量铋元素晶界偏聚能够抑制对磁性能不利织构形核及生长，促进有利织构长大，从而提高磁性能。同时，与锡、碲等元素相比，铋添加量较少，常温下不易氧化，合金成本也较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在保证B50≥1.62T，P1T/400Hz≤10.27W/kg，厚度在0.03～0.16mm，宽度在1～15mm下，具有成分相对简单、生产成本较低的含有元素铋无取向硅钢极薄带及制备方法。
实现上述目的的技术措施：
一种含有元素铋无取向硅钢极薄带，其原料组成及重量百分含量为，铋：0.005～
0.05wt％，硅：2～4wt％，其余为铁及少量其它不可避免杂质。
一种含有元素铋无取向硅钢极薄带的制备方法，其步骤如下：
2)以纯度不低于99.5wt％的纯铁、纯度不低于99.9wt％的高纯硅和纯度不低于99.9wt％的金属铋为原料经在1480～1650℃内熔融后浇铸成母合金铸锭，其中，铋：0.005～
0.05wt％，硅：2～4wt％，其余为铁及少量其它不可避免杂质的；
2)采用平面流铸技术制备无取向硅钢极薄带，在此期间：
将母合金铸锭置于底部设有一个喷嘴的加热装置中加热熔化，并控制母合金熔体过热度在30～70℃；
控制喷嘴宽度在1～15mm，辊嘴间距在0.1～0.3mm，喷嘴喷射时的压力在30～60kPa，
控制铜辊转速在10～35m/s；
通过喷嘴将母合金熔体喷射到高速旋转的铜辊上，经自然凝固后形成厚度为0.03～0.16mm、宽度为1～15mm的无取向硅钢极薄带；
3)对无取向硅钢极薄带进行平整，控制平整压下率在2～4％；
4)将平整后的极薄带表面涂覆绝缘层并缠绕成卷，并在纯氩气体或由常规的氩气与氢气混合的富氩混合气体保护条件下进行退火，退火温度为800～1000℃，并在此温度下保温50～90min；随炉冷却至室温。
本发明各添加元素及主要工序的机理及作用
硅：硅是无取向硅钢中不可或缺的元素，能增加材料的电阻，对抑制涡流有好处，这就减少了涡流损耗，也能减少磁滞损耗。但Si含量过高会产生脆性，其塑性加工较为困难，故将其控制在2～4wt％。
铋：铋可以有效的降低硅钢熔体的表面张力，提高平面流铸过程中薄带成形性和表面质量；同时，微量铋元素晶界偏聚能够抑制对磁性能不利织构形核及生长，促进有利织构长大，从而提高磁性能。但铋含量过高会产生脆性，使极薄带易产生裂纹和孔洞，故将其控制在0.005～0.05wt％。
本发明之所以控制母合金熔体过热度在30～70℃，是由于该温度区间熔体的粘度较低、流动性较好且熔体氧化现象不严重，避免低过热度熔体粘度大造成的流动性差和高过热度熔体易氧化等问题。
本发明之所以控制喷嘴宽度在1～15mm，辊嘴间距在0.1～0.3mm，喷嘴喷射时的压力在30～60kPa，铜辊转速在10～35m/s，是由于在这些工艺参数范围内制备的无取向硅钢极薄带成带性能最好，缺陷较少，表面质量好。
本发明之所以控制平整压下率在2～4wt％，是由于通过小压下量的平整可以进一步改善表面质量，提高磁性能，压下量过大会破坏已形成的有利织构使得磁性能下降。
本发明之所以控制退火温度在800～1000℃，并在此温度下保温50～90min，是由于在这些工艺参数范围内进行退火可以调控最佳的晶粒大小和织构，从而进一步改善磁性能。
本发明与现有技术相比，本发明在保证B50≥1.62T，P1T/400Hz≤10.27W/kg，厚度在0.03～0.16mm，宽度在1～15mm的无取向硅钢极薄下，还具有成分相对简单并由此使生产成本可降低至少10％。
附图说明
图1是本发明实施例制备的无取向硅钢极薄带。
具体实施方式
实施例1
本实施例设定的极薄带宽度为1mm；
一种含有元素铋无取向硅钢极薄带，其原料组成及重量百分含量为，铋：0.005wt％，硅：2wt％，其余为铁及少量其它不可避免杂质；
制备步骤如下：
1)以纯度为99.5wt％的纯铁、纯度99.9wt％的高纯硅和纯度99.9wt％的金属铋为原
料，在1630℃内熔融后浇铸成母合金铸锭，其中，铋：0.005wt％，硅：2wt％，其余为铁及少量其它不可避免杂质的；
2)采用平面流铸技术制备无取向硅钢极薄带，在此期间：
将母合金铸锭置于底部设有一个喷嘴宽度在1mm的加热装置中加热熔化，并控制母合金熔体过热度在30℃；
辊嘴间距在0.1mm，喷嘴喷射时的压力在30kPa，控制铜辊转速在35m/s；
通过喷嘴将母合金熔体喷射到转速在35m/s的铜辊上，经自然凝固后形成厚度为0.03mm、宽度为1mm的无取向硅钢极薄带；
3)对无取向硅钢极薄带进行平整，控制平整压下率在2％；
4)将平整后的极薄带表面涂覆绝缘层并缠绕成卷，在氩气保护条件下进行退火，退火温度为800℃，并在此温度下保温90min；随炉冷却至室温。
经检测及统计，含有微量铋的无取向硅钢极薄带磁性能：B50＝1.65T，P1T/400Hz＝10.27W/kg，完全满足软磁产品高性能要求标准。
实施例2
本实施例设定的极薄带宽度为5mm；
一种含有元素铋无取向硅钢极薄带，其原料组成及重量百分含量为，铋：0.01wt％，硅：3wt％，其余为铁及少量其它不可避免杂质；
制备步骤如下：
1)以纯度为99.5wt％的纯铁、纯度99.99wt％的高纯硅和纯度99.9wt％的金属铋为原
料，在1615℃内熔融后浇铸成母合金铸锭，其中，铋：0.01wt％，硅：3wt％，其余
为铁及少量其它不可避免杂质的；
2)采用平面流铸技术制备无取向硅钢极薄带，在此期间：
将母合金铸锭置于底部设有一个喷嘴宽度在5mm的加热装置中加热熔化，并控制母合金熔体过热度在48℃；
辊嘴间距在0.2mm，喷嘴喷射时的压力在40kPa，控制铜辊转速在25m/s；；
通过喷嘴将母合金熔体喷射到转速在25m/s的铜辊上，经自然凝固后形成厚度为0.07mm、宽度为5mm的无取向硅钢极薄带；
3)对无取向硅钢极薄带进行平整，控制平整压下率在3％；
4)将平整后的极薄带表面涂覆绝缘层并缠绕成卷，在氩气与氢气体积混合比为80:20的富氩混合气体保护条件下进行退火，退火温度为900℃，并在此温度下保温70min；随炉冷却至室温。
经检测及统计，含有微量铋的无取向硅钢极薄带磁性能：B50＝1.63T，P1T/400Hz＝9.95W/kg，完全满足软磁产品高性能要求标准。
实施例3
本实施例设定的极薄带宽度为10mm；
一种含有元素铋无取向硅钢极薄带，其原料组成及重量百分含量为，铋：0.003wt％，硅：3.5wt％，其余为铁及少量其它不可避免杂质；
制备步骤如下：
1)以纯度为99.6wt％的纯铁、纯度99.9wt％的高纯硅和纯度99.99wt％的金属铋为原
料，在1600℃内熔融后浇铸成母合金铸锭，其中，铋：0.003wt％，硅：3.5wt％，其
余为铁及少量其它不可避免杂质的；
2)采用平面流铸技术制备无取向硅钢极薄带，在此期间：
将母合金铸锭置于底部设有一个喷嘴宽度在10mm的加热装置中加热熔化，并控制
合金熔体过热度在60℃；
辊嘴间距在0.3mm，喷嘴喷射时的压力在50kPa，控制铜辊转速在18m/s；
通过喷嘴将母合金熔体喷射到转速在18m/s的铜辊上，经自然凝固后形成厚度为0.1mm、宽度为10mm的无取向硅钢极薄带；
3)对无取向硅钢极薄带进行平整，控制平整压下率在3.5％；
4)将平整后的极薄带表面涂覆绝缘层并缠绕成卷，在氩气与氢气体积混合比为80:20的富氩混合气体保护条件下进行退火，退火温度为950℃，并在此温度下保温60min；随炉冷却至室温。
经检测及统计，含有微量铋的无取向硅钢极薄带磁性能：B50＝1.64T，P1T/400Hz＝9.83W/kg，完全满足软磁产品高性能要求标准。
实施例4
本实施例设定的极薄带宽度为15mm；
一种含有元素铋无取向硅钢极薄带，其原料组成及重量百分含量为，铋：0.01wt％，硅：4wt％，其余为铁及少量其它不可避免杂质；
制备步骤如下：
1)以纯度为99.9wt％的纯铁、纯度99.99wt％的高纯硅和纯度99.99wt％的金属铋为原
料，在1590℃内熔融后浇铸成母合金铸锭，其中，铋：0.01wt％，硅：4wt％，其余
为铁及少量其它不可避免杂质的；
2)采用平面流铸技术制备无取向硅钢极薄带，在此期间：
将母合金铸锭置于底部设有一个喷嘴宽度在15mm的加热装置中加热熔化，并控制
合金熔体过热度在70℃；
辊嘴间距在0.3mm，喷嘴喷射时的压力在60kPa，控制铜辊转速在10m/s；
通过喷嘴将母合金熔体喷射到转速在10m/s的铜辊上，经自然凝固后形成厚度为0.1mm、宽度为15mm的无取向硅钢极薄带；
3)对无取向硅钢极薄带进行平整，控制平整压下率在4.0％；
4)将平整后的极薄带表面涂覆绝缘层并缠绕成卷，在氩气与氢气体积混合比为80:20的富氩混合气体保护条件下进行退火，退火温度为980℃，并在此温度下保温50min；随炉冷却至室温。
经检测及统计，含有微量铋的无取向硅钢极薄带磁性能：B50＝1.62T，P1T/400Hz＝9.58W/kg，完全满足软磁产品高性能要求标准。
本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims (2)

1.一种含有元素铋无取向硅钢极薄带，其原料组成及重量百分含量为，铋：0.005～
0.05wt％，硅：2～4wt％，其余为铁及少量其它不可避免杂质。
2.如权利要求1所述的一种含有元素铋无取向硅钢极薄带的制备方法，其步骤如下：
1)以纯度不低于99.5wt％的纯铁、纯度不低于99.9wt％的高纯硅和纯度不低于99.9wt％的金属铋为原料在1480～1650℃内熔融后浇铸成母合金铸锭，其中，铋：0.005～
0.05wt％，硅：2～4wt％，其余为铁及少量其它不可避免杂质的；
2)采用平面流铸技术制备无取向硅钢极薄带，在此期间：
将母合金铸锭置于底部设有一个喷嘴的加热装置中加热熔化，并控制母合金熔体过热度在30～70℃；
控制喷嘴宽度在1～15mm，辊嘴间距在0.1～0.3mm，喷嘴喷射时的压力在30～60kPa，控制铜辊转速在10～35m/s；
通过喷嘴将母合金熔体喷射到高速旋转的铜辊上，经自然凝固后形成厚度为0.03～0.16mm、宽度为1～15mm的无取向硅钢极薄带；
3)对无取向硅钢极薄带进行平整，控制平整压下率在2～4％；
4)将平整后的极薄带表面涂覆绝缘层并缠绕成卷，并在纯氩气体或由常规的氩气与氢气混合的富氩混合气体保护条件下进行退火，退火温度为800～1000℃，并在此温度下保温50～90min；随炉冷却至室温。
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