WO2005052206A1 - Acier a forte teneur en silicium et procede de fabrication - Google Patents

Acier a forte teneur en silicium et procede de fabrication Download PDF

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Hui Lin
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Hui Lin
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    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties

Definitions

  • the invention relates to a silicon steel and a preparation method thereof, particularly to a high silicon steel and a preparation method thereof. It belongs to the field of material preparation. Background technique
  • Each component and the weight percentage of the high silicon steel of the present invention are: 5-10% silicon, 0.007-1% carbon, the impurity content is less than 0.01%, and the balance is iron.
  • the preparation method of the above-mentioned high-silicon steel is as follows: 0.01 to 1% carbon is added to the high-silicon steel with 5% -10% silicon content, and the sample of the high-silicon steel is homogenized and heat-treated, that is, from 1200 Q C to below the melting point of the steel.
  • the solid solution heat treatment, annealing is maintained for a sufficient time to eliminate most of the second phase in high-silicon steel, homogenization annealing is performed in a protective atmosphere, and carbon-containing high-silicon steel sheets of various thicknesses are prepared by conventional metal processing methods. According to various process conditions, after annealing, the final carbon content is from 0.04% of the mechanical steel sheet to 0.007% of the soft magnetic steel sheet.
  • high-silicon steel is added with 0.01 to 1% by weight of carbon, and the homogenization treatment described above can be used in a wide temperature range, especially from room temperature to 900 Q C, which significantly improves its tensile plasticity and processability. .
  • mechanical properties can be improved when high silicon steel contains a certain amount of carbon.
  • the invention can prepare carbon-containing high-silicon steel sheets with different thicknesses by conventional metal processing methods. For some specific objects, silicon steel sheets with a thickness of less than 0.5mm can be produced.
  • the conventional metal processing method includes at least one of the following: (1) continuous casting and rolling, the continuous rolling temperature range is between 1000 Q C and 600 Q C, and the ingot is between 1000 Q C and 600 ° C Continuous rolling, (2) Combining hot rolling and cold rolling (room temperature to 500 G C) to produce thin silicon steel sheets, and (3) Combining single-sheet hot rolling and double-sheet tandem rolling or multi-sheet tandem rolling to produce thin silicon steel sheets.
  • the high-silicon steel prepared initially has a high carbon content, and then a controlled thermomechanical treatment process is used to produce a steel with controlled microstructure.
  • the so-called regulation of the microstructure refers to controlling the uniformity of the grains so that the grain size is relative to the thickness of the silicon steel sheet. While controlling the thermomechanical treatment process, while regulating the microstructure, it can also regulate the final carbon content in the steel to ensure that the silicon steel sheet finally obtains the best soft magnetic properties.
  • a typical example is that the final carbon content can be adjusted to a minimum.
  • the carbon-containing high-silicon steel prepared by the method described above should be subjected to an appropriate heat treatment process to reduce its carbon content and regulate its microstructure.
  • This heat treatment process includes the 800 Q C-1250 Q C annealing process.
  • the annealing must be performed in a non-oxidizing atmosphere (such as an inert gas such as argon), a decarburizing atmosphere (such as hydrogen), or under vacuum.
  • a non-oxidizing atmosphere such as an inert gas such as argon
  • a decarburizing atmosphere such as hydrogen
  • the choice of the protective atmosphere depends on the ultimate performance that is required, whether it requires the best mechanical properties or the best soft magnetic properties.
  • hot rolling is performed in the range of 1000 Q C to 600 Q C, and cold rolling is performed in the range of room temperature to 500 Q C.
  • the carbon-containing high-silicon steel also has excellent oxidation resistance up to 500 ⁇ .
  • Antioxidant performance refers to the weight loss of a material when exposed to an oxidizing atmosphere at a certain temperature.
  • the invention significantly improves the tensile plasticity and processability of silicon steel. The improvement of processability makes economical large-scale production of high thickness silicon steel sheets of different thicknesses possible.
  • thermomechanical processing technology is not only available For the production of high-silicon steel sheets and control of their microstructures, and the final carbon content can be adjusted to obtain the best soft magnetic properties of high-silicon steel sheets, carbon-containing high-silicon steel sheets can be used as high-strength structural materials at room and medium temperatures. Use under oxidizing and corrosive atmosphere.
  • Fig. 2 Relationship between elongation, yield strength, tensile strength and tensile temperature of rolled silicon steel at 1000 ° C
  • a high silicon steel weight percentage is: 5% silicon, 1% carbon, impurities Mn and / or P and / or S and / or Cr and / or Ni content is less than 0.01%, and the rest is iron.
  • a homogenized heat treatment of a high silicon steel sample was annealed at 750 G C for 140 minutes after rolling at 700 Q C.
  • the mechanical properties of this high silicon steel are shown in Figure 1. It can be seen from the figure that from 200 G C to 400 ⁇ , its tensile elongation is greater than 20%, from 500 Q C to 600 Q C, its tensile elongation is greater than 40%, at about 800 Q C, Its elongation has exceeded 200%. The room temperature elongation reached 10% is not shown in the figure.
  • the yield strength of the sample at 200 Q C to 500 D C is about 600 MPa.
  • a high silicon steel weight percentage is: 6.5% silicon, 0.007% carbon, impurities Mn and / or P and / or S and / or Cr and / or M content is less than 0.01%, and the rest is iron.
  • the tensile elongation at 200 Q C is more than 15%
  • the elongation at 500 ° C is more than 60%
  • the yield strength of 200 Q C to 400 Q C is 700 MPa.
  • the yield strength of 500 ⁇ is 550 MPa.
  • a 20 mm thick slab was made according to the original composition of Example 1 and the carbon-containing high-silicon steel after homogenization treatment.
  • the slab was then hot rolled at 100 ° C, thickened several times, and finally rolled at 600 Q C to produce a thin steel sheet of 0.35 mm.
  • the thin steel sheet is annealed in a 1130 ⁇ hydrogen atmosphere for 2.5 hours. The annealing time can reduce the carbon content in the steel to the lowest value.
  • the soft magnetic properties are as follows: the maximum magnetic permeability is 46000 ⁇ m.
  • the iron loss at Gs / Hz) is: W 1 () / 5 .
  • a high silicon steel weight percentage is: 10% silicon, 0.4965% carbon, impurities Mn and / or P and / Or S and / or Cr and / or Ni content is less than 0.01%, the rest is iron.
  • the mechanical properties of the test specimens are: the tensile elongation at 200 Q C is greater than 15%, the elongation at 500 Q C is greater than 60%, and the yield strength at 200 ° C to 400 ° C is 800MPa. The yield strength at 500 ° C is 650 MPa.

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Description

高硅钢及其制备方法 技术领域
本发明涉及一种硅钢及其制备方法， 特别是一种高硅钢及其制备方 法。 属于材料制备领域。 背景技术
高硅钢， 即含有 5%-10%硅（重量百分比， 以下同）、 杂质含量小于 0.01 %、 其余为铁的硅钢， 具有优异的磁学性能。 例如， 含有 6.5 %硅的 硅钢具有优异的磁学性能， 磁致伸缩近于零， 低铁损和高磁导率。 然而， 这种高硅钢塑性很差， 而且随着硅含量的增加而变得更差。 如此差的塑 性导致其具有很差的加工性能。 所以很难用常规金属加工方法制备高硅 钢， 同时由于差的塑性和加工性更难制备出高硅钢片。
众所周知， 高硅钢片越薄， 其软磁性质越好， 所以人们都希望生产 出薄硅钢片。经文献检索发现， K. Okada等人发表的 "Basic Investigation of CVD Method for Manufacturing 6.5% Si Steel sheet" (J ISIJ 1994, 80： 777-784) 日本 "钢铁协会会刊 JISIJ"的 "用化学气相沉积方法制备 6.5 %硅钢片"一文， 该文提到高硅钢片可以用低硅（为 3 % ) #g片通过化学 气相沉积技术增硅制成含有 6.5%硅钢片， 这种技术即为 "渗硅"技术， 用该技术生产高硅钢片， 既昂贵且效率又很低。 目前在制备高硅钢片的 方法方面除了以上障碍外， 为了得到要求的磁学性质， 必须避免传统存 在于钢中的化学元素， 如已知碳对高硅钢的磁学性质有不良的影响， 所 以碳含量必须远低于 0.01 %， 必须采用昂贵的微碳高纯原料。 发明内容 本发明针对背景技术中的不足和缺陷， 提供一种高硅钢及其制备 方法， 使其采用常规金属加工方法制备高硅钢片， 从而解决以上的不 足。
本发明是通过以下技术方案实现的， 本发明高硅钢包含的各个成分 及其重量百分比为： 5— 10%硅， 0.007-1 %碳， 杂质含量小于 0.01 % , 其 余为铁。
上述的高硅钢的制备方法如下： 在 5%-10%含硅量的高硅钢中加入 0.01— 1 %碳，并对高硅钢的样品进行均匀化热处理， 即从 1200QC至低于 钢熔点的固熔热处理， 保温足够的时间退火， 消除高硅钢中大部分第二 相， 均匀化退火在保护气氛中进行， 通过常规金属加工方法制备各种厚 度的含碳高硅钢片。 根据各个工艺条件， 退火后， 最终碳含量从机械用 钢片的 0.04%到软磁用钢片的 0.007%。
本发明采用的均匀化处理， 很大地改善了该钢种在很宽的一个温度 范围内， 特别从室温到 900QC范围的拉伸塑性和加工性， 均匀化的温度 范围从 1200QC到低于该钢的熔点温度。均匀化保温时间要足够长以保证 钢中的大部分第二相组成， 如碳化物和有序体立方相， 得以消除。 均匀 化处理必须在保护气氛中进行， 在本发明中采用非氧化气氛（如惰性气 体， 氩等）， 脱碳气氛（如氢气）或真空。
本发明在高硅钢中加入重量百分比 0.01— 1 %的碳， 结合以上描述的 均匀化处理可以在很宽的温度范围内，特别是室温到 900QC，显著地改善 其拉伸塑性和加工性。 同时， 高硅钢中含有一定碳量时还能改善其机械 性能。
除了以上描述外，还可以根据机械性能的要求，生产出 0.01-1 %碳含 量的高硅钢。 相反的， 本发明也可以采用控制热机械处理工艺来调控碳 含量， 使该高硅钢具有最佳的软磁性能。 控制热机械处理（"TMCP")工 艺使该钢最终成份中碳含量极低， 碳远低于 0.01 %碳。 由于本发明的工 艺既不要求采用昂贵原始原料， 又不需要化学气相沉积渗硅工艺， 所以 经济的大规模生产不同厚度的高硅钢片成为可能。
本发明可以用常规金属加工方法制备不同厚度的含碳高硅钢片。 对 于某些具体对象可以生产出厚度小于 0.5mm 的硅钢片， 厚度分别达到
0.5mm, 0.35mm, 0.1mm 的硅钢片， 这种硅钢片的显微组织可以控制得 到很均匀的晶粒尺寸， 其大小接近于硅钢片的厚度， 即分别达到 0.5mm、 0.35mm和 0.1mm的尺寸。所述的常规金属加工方法包括以下中的至少一 种： （1 )连铸连轧，连轧温度范围为 1000QC — 600QC之间，铸锭在 1000QC -600°C之间连轧， （2)结合热轧和冷轧（室温到 500GC)生产薄硅钢片， (3) 结合单片热轧和双片叠轧或多片叠轧生产薄硅钢片。
本发明为了提高加工性能， 有利于生产薄硅钢片， 初始制备出的高 硅钢含碳量较高， 随后釆用控制热机械处理工艺生产出调控显微组织的 钢。 所谓调控显微组织是指控制晶粒均匀度， 使晶粒尺寸相对于硅钢片 的厚度。 控制热机械处理工艺在调控显微组织的同时， 还能够调控钢中 最终碳含量以保证硅钢片最终获得最佳软磁性能。 典型例子是最终碳含 量能够调控到最小值。 例如， 为了获得最佳软磁性能， 用前面描述的方 法制备的含碳高硅钢要通过适当的热处理工艺， 降低其碳含量和调控其 显微组织。 这种热处理工艺包括 800QC— 1250QC退火工艺， 退火必须在 一种非氧化气氛 （如氩气等惰性气体）， 脱碳气氛 （如氢气） 或真空下进 行。 保护气氛的选择决定于最终需要获得的性能， 是要求最佳机械性能 或最佳软磁性能。
除了软磁性能外， 按照本发明要求具有优异的机械性能。 例如， 室 温至 600^具有高的屈服强度， 在宽的强度范围内具有优异的塑性。 所 以， 它不仅能够很容易被热轧和冷轧， 而且每一道的允许变形量也足够 大， 现存轧制设备在很大范围内都能适应。 而且， 目前金属加工厂不必 改造也能实施这一加工工艺。
本发明在 1000QC— 600QC范围内进行热轧， 在室温到 500QC范围内 进行冷轧， 含碳高硅钢在高达 500^时还具有优异的抗氧化性能。 抗氧 化性能是指在一定温度当暴露在氧化气氛下材料的失重。
含有 0.007-1 %碳的一种高硅钢是本发明的一个体现。 高硅钢是指含 有 5— 10%硅的钢。本发明也指通过控制显微组织和碳含量制备最佳软磁 性能高硅钢的一种方法。 例如， 按照本发明采用常规熔炼技术， 如感应 熔炼， 生产高硅钢， 采用常规方法制备的高硅钢， 通过控制机械处理可 以把该钢中的碳含量降低到微量。 因此， 并不需要采用高纯的原料来制 备无碳的高硅钢钢片。 所以生产高硅钢片的费用可以降低。
本发明制备的硅钢， 其室温拉伸伸长率至少达到 10%， 从 200QC到 800°C的拉伸伸长率大于 20% ,在 800¾及高于 800。C的伸长率大于 100 % , 从室温到 500QC的强度为 600MPa， 其在 500QC空气中暴露 50小时 后的氧化速率为 0.01g/m2， 具有以下的软磁性能： 最大导磁率为： 46000 ηι, 在不同频率下的铁损为： W1G/5()=0.49 w/kg， W1Q觸 = 10.56w/kg， 5/IK— Hw/kgj Wi/5K— 8.71w/kg, Wo.s/ioLSw/kga 本发明显著改善了硅钢的拉伸塑性和加工性能， 加工性能的改善 令不同厚度高硅钢片经济的大规模生产成为可能， 采用控制热机械处 理技术， 不仅可用于生产高硅钢片和控制其显微组织， 且可调整最终 碳含量， 从而得到高硅钢片的最佳软磁性能， 含碳的高硅钢片可作为 高强度结构材料， 在室温和中温下， 氧化和腐蚀气氛下使用。 附图说明
图 1 700 热轧 750*^保温 140 Min.高硅钢延伸率、 屈服强度、 抗 拉强度与拉伸温度的关系图
图 2 1000°C轧制态硅钢延伸率、 屈服强度、 抗拉强度与拉伸温度 的关系图 具体实施方式
如图 1和 2所示， 结合本发明的内容提供以下实施例， 以下几个例 子是被用来说明本发明的某些方面， 但本发明并不仅限于这些范围。
一种高硅钢重量百分比为： 5_ 10%硅， 0.007-1 %碳， 杂质 Mn， P, S， Cr和 Ni含量小于 0.01 %， 其余为铁。 所有高硅钢的样品都经过均匀 化热处理， 即在 1200QC到刚好低于熔点温度下保温足够的时间退火， 以 保证从高硅钢中消除大部分第二相。均匀化退火是在保护气氛中进行的。 根据各个工艺条件， 退火后， 最终碳含量从机械用钢片的 0.04%到软磁 用钢片的 0.007%。
如下所述， 制成的高硅钢具有优异的机械抗氧化和抗腐蚀性能的结 合， 采用常规金属加工工艺参数调控还可进一步改变其中一种或几种性 能。
实施例 1
一种高硅钢重量百分比为： 5%硅， 1 %碳， 杂质 Mn和 /或 P和 /或 S 和 /或 Cr和 /或 Ni含量小于 0.01 %， 其余为铁。 经过均匀化热处理的一种 高硅钢试样， 在 700QC轧制后在 750GC退火 140分钟。 这种高硅钢的机 械性能表示在图 1上。从图中可以看到， 从 200GC到 400^， 其拉伸伸长 率大于 20%， 从 500QC到 600QC， 其拉伸伸长率大于 40% , 在 800QC左 右， 其伸长率已超过 200%。 室温伸长率达到 10%并未在图中表达出来。 试样在 200QC到 500DC的屈服强度约为 600MPa。 实施例 2
一种高硅钢重量百分比为： 6.5%硅， 0.007%碳， 杂质 Mn和 /或 P 和 /或 S和 /或 Cr和 /或 M含量小于 0.01 %， 其余为铁。 试样经 1000 轧 制后， 其机械性能为图 2所示。 200QC的拉伸伸长率大于 15 %， 500°C的 伸长率大于 60% , 200QC到 400QC的屈服强度为 700MPa。 500^的屈服 强度为 550MPa。
实施例 3
为了显示与本成分钢有关的加工性， 按照例 1 的原始成分和均匀化 处理后的含碳高硅钢已通过多道轧制轧成 0.35mm厚的薄片。为了充分利 用超塑性优点， 轧制温度选择在 1000QC— 600QC之间， 高硅钢片的厚度 还通过高于 200^ 的冷轧进一步减薄。 如果需要能够通过适当的退火工 艺把该钢碳含量降到最低值。 如果需要获得最佳软磁性能就可以采取此 工艺。
实施例 4
为了显示与本成分钢有关的软磁性能， 按照例 1 的原始成分和均匀 化处理后的含碳高硅钢制成 20mm厚的板坯。该板坯随后在 lOOO^C下热 轧， 在多次热轧厚， 最后一道在 600QC轧制成 0.35mm的薄钢片。该薄钢 片在 1130^氢气氛下退火 2.5小时， 该退火时间能把钢中含碳量降到最 低值柄获得以下的软磁性能：最大导磁率为 46000 μ m，在不同磁场 /频率 (Gs/Hz) 下的铁损为： W1()/5。=0.49 w/lcg, W10/4oo= 10.56w/kg, W5/1K= 11.5w/kg，
Figure imgf000007_0001
由于所发明的工艺既不要 求采用昂贵原始原料， 又不需要化学气相沉积渗硅工艺， 所以经济的规 模生产不同厚度的高硅钢片成为可能。
实施例 5
一种高硅钢重量百分比为： 10%硅， 0.4965 %碳， 杂质 Mn和 /或 P和 /或 S和 /或 Cr和 /或 Ni含量小于 0.01 %， 其余为铁。 试样经 1000QC轧制 后， 其机械性能为： 200QC的拉伸伸长率大于 15 %， 500QC的伸长率大于 60 % , 200°C 到 400°C 的屈服强度为 800MPa。 500°C 的屈服强度为 650MPa。

Claims

权 利 要 求
1、 一种高硅钢， 含有硅、 铁， 其特征在于， 重量百分比为： 5— 10 %硅， 0.007-1 %碳， 杂质 Mn和 /或 P和 /或 S和 /或 Cr和 /或 Ni含量小于
0.01 % , 其余为铁。
2、 一种高硅钢的制备方法， 其特征是， 在 5%-10%含硅量的高硅钢 中加入 0.01— 1 %碳， 并对高硅钢的样品进行均匀化热处理， 即从 1200QC 至低于钢熔点的固熔热处理， 保温退火消除高硅钢中大部分第二相， 均 匀化退火在保护气氛中进行。
3、 根据权利要求 2所述的高硅钢的制备方法， 其特征是， 均匀化处 理在保护气氛中进行， 采用非氧化气氛， 脱碳气氛或真空。
4、 根据权利要求 2所述的高硅钢的制备方法， 其特征是， 或者采用 控制热机械处理工艺来调控碳含量。
5、 根据权利要求 2所述的高硅钢的制备方法， 其特征是， 或者通过 常规金属加工方法制备各种厚度的含碳高硅钢片， 其厚度分别达到 0.5mm, 0.35mm, 0.1mm的硅钢片， 硅钢片的显微组织为很均匀的晶粒 尺寸，其大小接近于硅钢片的厚度，即分别达到 0.5mm、 0.35mm和 0. lmm。
6、 根据权利要求 5所述的高硅钢的制备方法， 其特征是， 所述的常 规金属加工方法包括以下中的至少一种： （1 ) 连铸连轧， 连轧温度范围 为 lOOO^C — 600QC之间， 铸锭在 1000QC— 600^之间连轧， （2) 结合热 轧和冷轧， 温度范围为室温到 500。C, 生产薄硅钢片， （3)结合单片热轧 和双片叠轧或多片叠轧生产薄硅钢片。
7、 根据权利要求 2所述的高硅钢的制备方法， 其特征是， 制备的硅 钢， 其室温拉伸伸长率至少达到 10%， 从 200QC到 800QC的拉伸伸长率 大于 20%， 在 800 及高于 800QC的伸长率大于 100%，从室温到 500^ 的强度为 600MPa， 其在 500。C 空气中暴露 50 小时后的氧化速率为 0.01g/m2, 具有以下的软磁性能： 最大导磁率为： 46000 μ ηι， 在各种频率 下的铁损为： W1()/5。 = 0.49 w/kg, W鎮。0二 10.56w/kg， W5/1K= llw/kg， i/5K— 8.71w/kg, W0.5/10=6.5w/kg。
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