一種利用柱狀晶制備高磁感無(wú)取向電工鋼的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種利用柱狀晶制備高磁感無(wú)取向電工鋼的方法，屬于金屬材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明以含有Si為6.0％～6.5％，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)的硅鋼鑄錠(截取柱狀晶部分)為原料，沿著柱狀晶的法向進(jìn)行熱軋、酸洗、溫軋、中間退火、冷軋以及最終退火制備無(wú)取向硅鋼，熱軋前板坯具有<001>擇優(yōu)取向的柱狀晶組織，通過(guò)利用{100}織構(gòu)的遺傳性制備高磁感無(wú)取向硅鋼。這種無(wú)取向電工鋼板可用作電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、小型變壓器以及穩(wěn)壓器等電氣設(shè)備的鐵芯。
【專利說(shuō)明】-種利用柱狀晶制備高磁感無(wú)取向電工鋼的方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】 本發(fā)明屬于金屬材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種利用柱狀晶制備高磁感無(wú)取向電工鋼的 方法。 技術(shù)背景
[0002] 硅含量與硅鋼性能密切相關(guān)，隨硅含量的提高，硅鋼硬脆嚴(yán)重，乳制成形困難。高 硅鋼一般是指硅含量介于4. (Γ6. 5wt%的娃鋼。6. 5wt%Si高硅鋼是一種具有高電阻率，低 磁致伸縮以及低磁晶各向異性等優(yōu)異磁性能的軟磁材料，是在中高頻下使用，實(shí)現(xiàn)低能耗、 小型化和商速化的電器鐵芯材料。
[0003] 織構(gòu)是影響硅鋼磁性能的一個(gè)主要因素，有利的織構(gòu)特征是制造優(yōu)良性能 高硅鋼產(chǎn)品的重要條件。雖然高硅鋼的磁各向異性在減小，例如其飽和磁感值只有 Bs=L 80T (3%Si硅鋼則為Bs=2. 03T)，但已有數(shù)據(jù)表明，織構(gòu)的優(yōu)化仍可以提高磁感， {100}〈021>織構(gòu)應(yīng)與初始立方織構(gòu)有關(guān)，而{210}〈001>織構(gòu)應(yīng)與{111}〈112>形變晶粒內(nèi) 的剪切帶形核有關(guān)。提高{100}及{110}或至少減弱{111}取向晶粒的比例，制備出有織構(gòu) 的新型無(wú)取向高硅鋼。柱狀晶由于其具有晶粒形狀各向異性、晶體學(xué)各向異性以及晶粒尺 寸粗大等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)將對(duì)后續(xù)軋制及退火工藝下的組織、織構(gòu)及性能產(chǎn)生顯著的影響， 從而影響成品的性能。專利（CN201310024906)將柱狀晶鎢材料應(yīng)用于抗輻射起泡當(dāng)中，充 分利用了柱狀晶垂直于表面排列的結(jié)構(gòu)，使得氫、氦可以沿著垂直于表面的晶界快速擴(kuò)散； 專利（CN 2Ol3IO533OlO. )、（CN2〇101〇588872·6)以及（CN2〇101〇 588874·5)通過(guò)利用定向 凝固的方法獲得柱狀晶板坯，沿著柱狀晶生長(zhǎng)方向進(jìn)行軋制，最終獲得沿軋向強(qiáng)烈的〈〇〇1> 織構(gòu)，制備取向磁致伸縮薄板。
[0004] 雖然有關(guān)柱狀晶的的應(yīng)用較多，但通過(guò)利用柱狀晶沿其法向軋制制備高磁感無(wú)取 向硅鋼還鮮有人研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種高磁感無(wú)取向高硅鋼的制造方法，通過(guò)對(duì)含柱狀晶高硅鋼熱 車U溫軋、冷軋及退火，利用{100}織構(gòu)的遺傳性，制備低鐵損、高磁感無(wú)取向電工鋼。該方 法是一種在確保成形性的同時(shí)優(yōu)化織構(gòu)的無(wú)取向高硅鋼的制造方法。
[0006] -種利用柱狀晶制備高磁感無(wú)取向高硅鋼的方法，其特征是將硅含量為6.0% 飛.5%的方錠截取柱狀晶部分，沿著柱狀晶的法向進(jìn)行熱軋、酸洗、溫軋、中間退火、冷軋 以及最終退火制備無(wú)取向硅鋼，熱軋前板坯具有〈〇〇1>擇優(yōu)取向的柱狀晶組織，通過(guò)利用 {100}織構(gòu)的遺傳性制備高磁感無(wú)取向硅鋼。
[0007] 所述的熱軋溫度控制在IKKTC?1250°C，在此溫度范圍內(nèi)進(jìn)行多道次小變形量的 軋制，每一道次壓下量控制在10%?25%，熱軋總壓下率控制在40%?90%。
[0008] 所述的溫軋溫度為7501：?6501：，溫軋壓下率控制在30%?90%。
[0009] 所述的中間退火溫度為800°C?950°C。
[0010] 所述的冷軋步驟中需要帶溫冷軋，冷軋溫度為200°C ~300°C，反復(fù)冷軋，最終厚度 為0· 23?0· 5mm之間。
[0011] 所述的最終退火溫度為900°c?1200°C，成品板織構(gòu)以{100}織構(gòu)為主。
[0012] 本發(fā)明通過(guò)利用柱狀晶中{100}織構(gòu)的遺傳性，優(yōu)化軋制工藝實(shí)現(xiàn)無(wú)取向高硅鋼 的冷軋成形和織構(gòu)優(yōu)化的方法。原理如下： (1)熱軋：依據(jù){100}取向晶粒在平面應(yīng)變壓縮下穩(wěn)定且不易再結(jié)晶而選擇避免熱軋 剪切變形保留{100}織構(gòu)的學(xué)術(shù)思想，可以采用低溫潤(rùn)滑軋制。低溫軋制可實(shí)現(xiàn)表層{100} 織構(gòu)的有效保留。
[0013] ⑵溫軋：高硅鋼的溫軋階段較長(zhǎng)，形變儲(chǔ)能低，需嚴(yán)格控制壓下率，有效削弱非 {111}織構(gòu)。
[0014] (3)中間退火：中間退火溫度與時(shí)間匹配，旨在使溫軋板發(fā)生再結(jié)晶，均勻溫軋板 組織及其形態(tài)特征，進(jìn)而優(yōu)化成品退火后的再結(jié)晶織構(gòu)。對(duì)于無(wú)取向高硅鋼，不利于磁性能 的織構(gòu)（〈111〉//ND)，主要在晶界區(qū)域形核，有利于磁性能的織構(gòu){100}則依靠應(yīng)變誘導(dǎo)晶 界遷移（SIBM)機(jī)制形核。中間退火后再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)應(yīng)高于80%，不足則會(huì)使織構(gòu)優(yōu)先形 核。
[0015] (4)冷軋：冷軋工藝的選擇一方面要滿足成形性的需要，另一方面要嚴(yán)格控制 {111}織構(gòu)的比例。對(duì)于高硅鋼，有序結(jié)構(gòu)的存在會(huì)造成軋制開(kāi)裂等問(wèn)題，因此冷軋需帶溫 軋制。冷軋壓下率過(guò)高會(huì)形成強(qiáng)g織構(gòu)，顯著影響成品板的磁性能。
[0016] (5)成品退火：成品退火的溫度與時(shí)間的搭配，旨在控制成品板晶粒尺寸與織構(gòu)， 制備低鐵損、1?磁感的無(wú)取向1?娃鋼。
[0017] 本發(fā)明制造方法適用的高硅鋼化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為：Si :6. (Γ6. 5wt%，Mn : 0· 05?0· lwt%，P :0· 005?0· 013wt%，C :〈 0· 01wt%，S :〈 0· Olwt%，其余為 Fe 及不可避免的雜 質(zhì)。
[0018] 成分限定的理由如下： Si :Si質(zhì)量百分含量的范圍為6. (Γ6. 5wt%。Si是提高電阻率進(jìn)而降低渦流 損耗乃至總鐵損的有效元素，故以接近普通硅鋼最高硅含量的6. Owt%作為下限；另一 方面，如硅含量超過(guò)6. 5wt%，矯頑力提高、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和最大磁導(dǎo)率降低，同時(shí)加工性 顯著惡化。
[0019] Mn :Mn質(zhì)量百分含量的范圍為0. 05?0. lwt%。Mn是提高熱軋性能的必要元素，含 量低于〇· 〇5wt%改善效果不足。
[0020] P:P質(zhì)量百分含量的范圍為0.005~0.013wt%。P是提高沖片加工性的必要元素， 低于0. 005wt%達(dá)不到效果，超過(guò)0. lwt%導(dǎo)致冷加工性惡化。
[0021] C :C質(zhì)量百分含量的范圍為〈0. Olwt%，C是對(duì)磁性能有害的元素，超過(guò) 0. Olwt%，需進(jìn)行脫碳退火且脫碳時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，降低生產(chǎn)效率。
[0022] S :S質(zhì)量百分含量的范圍為〈0. Olwt%。S是對(duì)磁性有害的MnS等非金屬相 的形成元素，含量應(yīng)低于0. Olwt%。
[0023] 本發(fā)明制備的高硅鋼具有低鐵損、高磁導(dǎo)率、低噪音的軟磁性能。其作為電 力電子工業(yè)中廣泛應(yīng)用的軟磁合金，適用于制作發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器及其它儀器的 鐵芯，能滿足電力電子設(shè)備的高效、節(jié)能以及小型化、高頻化的要求。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1柱狀晶宏觀組織； 圖2實(shí)施例5成品板45° ODF圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 實(shí)施例1 (1) 原料準(zhǔn)備：母鋼錠的硅含量為6. 5%，截取柱狀晶部分厚度為20_，柱狀晶宏觀組 織如圖1所示； (2) 熱軋：熱軋開(kāi)軋溫度為1100°C,終軋溫度為800°C,潤(rùn)滑軋制,最終板坯軋至2_，熱 軋總壓下率分別為90% ; (3) 溫軋：溫軋開(kāi)軋溫度650°C，終軋溫度450°C，經(jīng)過(guò)多道軋制，最終厚度0. 6mm ; (4) 中間退火：850°C保溫40min，油冷； (5) 冷軋：將熱處理后的溫軋板酸洗，然后經(jīng)過(guò)多道次軋制0. 27_ ; (6) 最終退火：將冷軋板在1000° C下退火，退火氣氛為純氫氣氛。
[0026] 實(shí)施例2 (1) 原料準(zhǔn)備：母鋼錠的硅含量為6. 5%，截取柱狀晶部分厚度為8mm ; (2) 熱軋：熱軋采用低溫軋制，開(kāi)軋溫度為1KKTC，終軋溫度為800°C，潤(rùn)滑軋制，最終 板述乳至2mm，熱乳總壓下率分別75% ; (3) 溫軋：熱軋板經(jīng)過(guò)酸洗后進(jìn)行溫軋至0. 6_ ; (4) 中間退火：850°C保溫40min，油冷； (5) 冷軋：將熱處理后的溫軋板酸洗，然后經(jīng)過(guò)多道次軋制0. 27_ ; (6) 最終退火：將冷軋板在1000° C下退火，退火氣氛為純氫氣氛。
[0027] 實(shí)施例3 原料準(zhǔn)備：母鋼錠的硅含量為6. 5%，截取柱狀晶部分厚度為5mm ; 熱軋：板坯加熱至IKKTC，保溫40min，熱軋?jiān)?00°C?IKKTC進(jìn)行，潤(rùn)滑軋制，最終板坯 乳至2mm，熱乳總壓下率為60% ; 溫軋：溫軋開(kāi)軋溫度650°C，終軋溫度450°C，經(jīng)過(guò)多道軋制，最終厚度0. 6mm ; 中間退火：850°C保溫40min，油冷； 冷軋：將熱處理后的溫軋板酸洗，然后經(jīng)過(guò)多道次軋制〇. 27_ ; 最終退火：將冷軋板進(jìn)行二次再結(jié)晶，獲得的板材組織具有取向。
[0028] 注：實(shí)施例1、2、3主要是研究在低溫潤(rùn)滑軋制下，熱軋壓下率對(duì)保留{100}織構(gòu) 的影響。隨著熱軋壓下率的升高，λ織構(gòu)（〇〇1 //ND)所占的比例顯著下降。當(dāng)熱軋壓下 率為60%時(shí)，熱軋板中心層織構(gòu)主要以{100}〈031>，{100}〈021>為主；壓下率為75%時(shí)， {113}〈361>顯著增強(qiáng)；隨著壓下率的進(jìn)一步增大，織構(gòu)主要以{100}〈011>，{112}〈110> 為主。晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律如下：在中心層，受平面應(yīng)變壓縮，對(duì)于初始旋轉(zhuǎn)立方取向晶粒： {100}〈011>繞〈110>軸轉(zhuǎn)向{112}〈110> ;對(duì)于初始立方取向晶粒：{100}〈001>先轉(zhuǎn)向 {100}〈021>，然后轉(zhuǎn)向{113}〈361>，并下α線靠近。取向轉(zhuǎn)動(dòng)的程度主要受熱軋壓下率及 初始〈100>柱狀晶的取向度的影響。
[0029] 對(duì)比例I 原料準(zhǔn)備：母鋼錠的硅含量為6. 5%，截取柱狀晶部分厚度5mm ; 熱軋：熱軋開(kāi)軋溫度為1250°C，終軋溫度為850°C，最終板坯軋至2mm，熱軋總壓下率為 60% ； 溫軋：溫軋開(kāi)軋溫度650°C，終軋溫度450°C，經(jīng)過(guò)多道軋制，最終厚度0. 6mm ; 中間退火：850°C保溫40min，油冷； 冷乳：將熱處理后的溫乳板酸洗，然后經(jīng)過(guò)多道次乳制〇· 5mm、0. 3mm、0. 27mm以及 0. 23mm ； 最終退火：將冷軋板在1000° C下退火，退火氣氛為純氫氣氛。
[0030] 注：對(duì)比例1與實(shí)施例3對(duì)比，研究熱軋壓下率60%，高溫?zé)彳埮c低溫潤(rùn)滑軋制對(duì) 熱軋織構(gòu)的影響以及冷軋壓下率對(duì)冷軋織構(gòu)的影響。從微觀取向上看，熱軋不潤(rùn)滑時(shí)，熱軋 板內(nèi)部{100} <20°取向晶粒所占比例小于不潤(rùn)滑的情況，前者為18. 3%，后者為27. 8%，而 產(chǎn)生的以高斯、黃銅和銅型為代表的剪切織構(gòu)取向區(qū)域所占比例更是遠(yuǎn)高于潤(rùn)滑的情況， 前者為10. 6%，后者為1.9%，大量存在于表層，說(shuō)明潤(rùn)滑可抑制表層剪切織構(gòu)的形成及利于 {100}織構(gòu)的保留。
[0031] 實(shí)施例4 原料準(zhǔn)備：母鋼錠的硅含量為6.0%，截取柱狀晶部分厚度分別為3mm、2. 5mm以及 2mm ； 熱軋：熱軋開(kāi)軋溫度為Iioo°C,終軋溫度為800°C,潤(rùn)滑軋制，最終板坯分別軋至 L 2謹(jǐn)、1謹(jǐn)以及0· 8謹(jǐn),熱乳總壓下率60% ; 溫軋：溫軋開(kāi)軋溫度650°C，終軋溫度450°C，經(jīng)過(guò)多道軋制，最終厚度0. 6mm ;溫軋壓下 率分別為50%、40%以及25% ; 中間退火：950°C保溫40min，油冷； 冷軋：將熱處理后的溫軋板酸洗，然后經(jīng)過(guò)多道次軋制〇. 27_ ; 最終退火：將冷軋板在1100° C下退火，保溫lh。采取較高的退火溫度、較長(zhǎng)的保溫時(shí) 間可以提高晶粒尺寸，從而降低鐵損。
[0032] 注：實(shí)施例4主要是研究在低溫潤(rùn)滑軋制，熱軋壓下率60%情況下，溫軋壓下率對(duì) 溫軋板織構(gòu)的影響，進(jìn)而影響成品板織構(gòu)以及磁性能。由于溫軋減弱了剪切帶的形成，對(duì) Goss晶粒保留不利，中等壓下量的溫軋可保留一定程度的立方取向。
[0033] 實(shí)施例5 (1) 原料準(zhǔn)備：母鋼錠的硅含量為6. 5%，截取柱狀晶部分厚度為2. 5mm ; (2) 熱軋：熱軋采用低溫潤(rùn)滑軋制，開(kāi)軋溫度為1100°C，終軋溫度為800°C，最終板坯軋 至I. 5mm,熱乳總壓下率分別40% ; (3) 溫軋：熱軋板經(jīng)過(guò)酸洗后進(jìn)行溫軋至0. 6_ ; (4) 中間退火：950°C保溫40min，油冷； (5) 冷軋：將熱處理后的溫軋板酸洗，然后經(jīng)過(guò)多道次軋制0. 30mm ; (6) 最終退火：將冷軋板在1000° C下退火，退火氣氛為純氫氣氛。
[0034] 注：上述實(shí)施例表明，采用柱狀晶板坯通過(guò)小壓下率熱軋（45%)、中等壓下率溫軋 (60%)獲得以旋轉(zhuǎn)立方和α織構(gòu)為主的軋制織構(gòu)，Y織構(gòu)相對(duì)較弱。經(jīng)過(guò)高溫短時(shí)退火， {001}織構(gòu)顯著增強(qiáng)，Y織構(gòu)繼續(xù)減弱，制備的成品板具有優(yōu)異的磁性能。 [0035] 表1實(shí)施例5成品板磁樺能救抿統(tǒng)i+

【權(quán)利要求】
1. 一種利用柱狀晶制備高磁感無(wú)取向高硅鋼的方法，其特征是將硅含量為6.0% 飛.5%的方錠截取柱狀晶部分，沿著柱狀晶的法向進(jìn)行熱軋、酸洗、溫軋、中間退火、冷軋 以及最終退火制備無(wú)取向硅鋼，熱軋前板坯具有〈〇〇1>擇優(yōu)取向的柱狀晶組織，通過(guò)利用 {100}織構(gòu)的遺傳性制備高磁感無(wú)取向硅鋼。
2. 如權(quán)利要求1所述一種利用柱狀晶制備高磁感無(wú)取向高硅鋼的方法，其特征是所述 的熱軋溫度控制在ll〇〇°C ~1250°C，在此溫度范圍內(nèi)進(jìn)行多道次小變形量的軋制，每一道 次壓下量控制在10 %?25 %，熱軋總壓下率控制在40 %?90 %。
3. 如權(quán)利要求1所述一種利用柱狀晶制備高磁感無(wú)取向高硅鋼的方法，其特征是所述 的溫軋溫度為7501：?6501：，溫軋壓下率控制在30%?90%。
4. 如權(quán)利要求1所述一種利用柱狀晶制備高磁感無(wú)取向高硅鋼的方法，其特征是所述 的中間退火溫度為800°C?950°C。
5. 如權(quán)利要求1所述一種利用柱狀晶制備高磁感無(wú)取向高硅鋼的方法，其特征是所述 的冷軋步驟中需要帶溫冷軋，冷軋溫度為200°C ~300°C，反復(fù)冷軋，最終厚度為0. 23~0. 5mm 之間。
6. 如權(quán)利要求1所述一種利用柱狀晶制備高磁感無(wú)取向高硅鋼的方法，其特征是所述 的最終退火溫度為900°C?1200°C，成品板織構(gòu)以{100}織構(gòu)為主。
7. 如權(quán)利要求1-6所述一種利用柱狀晶制備高磁感無(wú)取向高硅鋼的方法，其特 征是適用的高硅鋼化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為：Si :6. (Γ6. 5wt%，Μη :0. 05、. lwt%，P : 0· 005?(λ 013wt%，C :〈（λ Olwt%，S :〈（λ Olwt%，其余為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。
【文檔編號(hào)】C21D8/12GK104294023SQ201410531701
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】梁瑞洋, 楊平, 毛衛(wèi)民 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)