一種利用軋制制備取向高硅鋼薄板的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種利用軋制制備取向高硅鋼薄板的方法,屬于金屬材料制備技術領域。
技術背景
[0002]高硅鋼一般指含4.5?6.7% Si的S1-Fe合金,通用的高硅鋼為6.5 % S1-Fe06.5% Si高硅鋼的電阻率P = 82μ Ω.cm,比3% Si硅鋼約高一倍(3% Si硅鋼P =48μ Ω.cm),飽和磁感Bs= 1.80Τ,相對于3% Si硅鋼較低(3% Si硅鋼為Bs= 2.03Τ),磁致伸縮系數人3近似為零,磁各向異性常數K1K 3% Si硅鋼約低40%。由于高硅鋼電阻率更高,磁致伸縮系數更小,鐵損更低,在較高頻率下具有優異的軟磁性能,在節能降噪等領域具有廣泛的應用前景。
[0003]由于硅含量高,有序相的出現使得高硅鋼變得硬且脆,加工性能急劇下降,導致軋制成形困難,為了解決高硅鋼室溫加工脆性的問題,一方面,人們通過采用微合金化法、合理的軋制及熱處理工藝,來抑制高硅鋼有序化轉變,對高硅鋼進行逐步增韌增塑處理,乳制出高硅鋼薄板。另一方面,有人為了避免低溫塑性變形,采用新的制備工藝,如采用快速凝固法,化學氣相沉積(CVD)法,熱浸擴散法等。目前,真正實現工業化生產的只有日本JFE公司通過CVD法制得的0.1?0.5mm厚的高娃鋼薄板,產品名稱為“Super Core”(HaijiH,Okada K,Hiratani T,Abe M and Ninomiya M.Journal of Magnetism and MagneticMaterials.1996 (160): 109.)。但是,快速凝固法生產的薄帶寬度和厚度有限,CVD和熱浸法工藝復雜,設備腐蝕、環境污染嚴重,而采用軋制法制備的薄板具有成分均勻、表面質量好等優點,具有很高的工業應用價值。
[0004]近年來,有關乳制法制備尚娃鋼薄板主要為無取向尚娃鋼,但對取向尚娃鋼制備鮮有報道。這是因為取向硅鋼制備工藝復雜,合金成分控制嚴格,抑制劑粒子的尺寸、分布、數量的準確控制,特別是織構控制達到了極致水平。而提高硅含量會延緩或阻礙二次再結晶的發展,初次晶粒長大需要更強的抑制劑來抑制,這無疑增加了取向硅鋼的制備難度,因此不能完全套用傳統取向硅鋼的生產工藝,需要在原工藝的基礎上加以改進。日本早在上世紀80年代末到90年代初,曾以MnS、A1N、TiC或VC作為抑制劑,對連鑄坯采用一系列的熱軋、溫軋和冷軋工藝,加上必要的中間退火、脫碳退火最終退火獲得高斯織構,制備出取向高硅鋼(昭63-069915、63-069917、63-089622);還有采用低溫加熱的AlN方案和以后滲氮處理方法,以(Al,Si)N作為抑制劑,經過熱軋、常化、冷軋及脫碳退火,然后再滲氮處理,最后二次再結晶退火,制備出取向高硅鋼(平4-224625、平4-228525、平4-362134、平4-080321)。但由于成材率低,技術難度大,到目前為止,還沒有完全采用軋制法大批量生產取向高硅鋼的報道,距離產業化推廣仍有很大差距。國內方面,CN102002567A公開了一種利用定向凝固技術獲得高硅鋼柱狀晶,通過熱軋、溫軋、冷軋及二次再結晶退火制出取向高硅鋼板,雖簡化了工藝流程,但由于初始組織為柱狀晶,具有晶粒形狀各向異性、晶體學各向異性以及尺寸粗大等特點,會對后續軋制及退火工藝下的組織及加工性能產生影響,如組織不均勻、相比等軸晶更容易開裂等,CN104372238A公開了一種利用雙輥薄帶連鑄技術獲得高硅鋼鑄帶,經過熱軋、溫軋、冷軋、初次再結晶及二次再結晶退火制出高磁感取向高硅鋼薄板,特點是省去了高溫退火前脫碳流程,磁感達到了 H1-B取向高硅鋼的水平,但存在初次再結晶組織不均勻的情況,二次晶粒尺寸過大也會影響鐵損。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種利用軋制制備取向高硅鋼薄板的方法,降低熱軋前板坯加熱溫度,在固有抑制劑的基礎上,通過滲氮處理追加抑制劑的方法增強抑制力;采用溫軋加冷軋代替一次冷軋法、常化時油淬代替水冷、以及冷軋前的熱處理,以減少邊裂、提高高硅鋼薄板成品率,同時對生產設備要求相對簡單,有利于實際應用。
[0006]本發明的取向高硅鋼方法按以下步驟進行:
[0007]1、采用真空感應熔煉澆注高硅鋼鑄錠;
[0008]2、鑄錠鍛造后的鍛坯經過1150± 10°C加熱30?40min后,經過4?5個道次熱軋至2?2.3mm厚,終軋溫度880?900°C,熱軋后油淬;
[0009]3、熱軋板經過950±10°C保溫100?120s常化后油淬;
[0010]4、常化板在酸洗去除氧化皮后,經過6?7個道次溫軋至0.6?0.7mm厚,溫軋溫度范圍為600?650°C ;
[0011]5、溫軋板經過780?800°C保溫100?120s退火后油淬;
[0012]6、溫軋退火板在酸洗去除氧化皮后,在200?350 °C溫度范圍內經過6?8個道次冷軋至0.2?0.3mm厚,每道次冷軋之間需回爐經350±10°C保溫2?3min ;
[0013]7、冷軋板在40%?50% H2+N2氣氛中進行830?850°C脫碳退火,時間為3?4min,水浴溫度為65?68°C ;
[0014]8、減薄高硅鋼表面氧化層后,在含10?15%見13干的70?75% H2+N2氣氛中750±10°C滲氮處理,時間為60?90s,滲氮后的氮含量為130?240ppm ;
[0015]9、涂覆MgO涂層后,在氮氣流通的條件下,入爐以200?300°C /h的速度升溫至400 ± 10°C,換30 %?50 % H2+N2氣氛,繼續升至600 ± 10°C,保溫3?4h,再以10?20°C /h的速度升溫至1150±10°C,再以30?40°C /h的速度升溫至1200±10°C,保溫8?1h進行凈化退火,最后隨爐冷卻,降溫至700±10°C換N2氣氛,200?300°C出爐,表面用水清洗后涂絕緣涂層,獲得取向高硅鋼成品板。
[0016]上述方法中,所述高硅鋼的化學成分按重量百分比為:C 0.01?0.015%,Si6.0 ?6.6 %,Mn 0.1 ?0.2 %,S 0.005 ?0.007 %,Al 0.01 ?0.03 %,N 0.006 ?
0.008%, Fe 余量。
[0017]上述方法中,所述的鑄錠在800?1100°C鍛造成20?30mm厚板坯。
[0018]上述方法中,步驟(8)所述的高硅鋼表面氧化層減薄采用的是機械磨光或HF溶液酸洗的方法。目的是去除脫碳退火過程中表面生成的致密S12氧化膜,有利于后續滲氮。
[0019]上述方法中,所述的取向高硅鋼成品板厚度為0.2?0.3mm, 二次再結晶晶粒尺寸為 3 ?10mnin
[0020]上述方法中,所述的取向尚娃鋼成品板具有尚磁感低鐵損的特點,磁性能為:鐵損Pl.0/50 = 0.3 ?0.6ff/kg, Pl.5/50 = 0.9 ?1.5ff/kg ;磁感 B8 = 1.55 ?1.61T,B50 =1.77 ?1.80To
[0021]本發明的優點在于,通過特殊的軋制及熱處理工藝,大大提高高硅鋼薄板的成品率;通過添加固有抑制劑及滲氣處理追加抑制劑的方法,制備出磁性能優良的取向尚娃鋼薄板。特殊之處在于以下幾點:
[0022](I)降低了熱軋前板坯加熱溫度,熱軋之后油淬代替噴水冷卻、常化后油淬代替水冷,不僅在一定程度上能夠抑制有序相的析出,同時也可以防止冷卻速度過快、應力集中引發開裂;
[0023](2)溫軋加冷軋代替一次冷軋法,區別于常規低溫加熱滲氮鋼工藝,也區別于傳統CGO取向硅鋼的二次冷軋法,先溫軋可以避開高硅鋼的室溫脆性,通過塑性變形降低高硅鋼的有序度,為后續中等壓下率的冷軋奠定基礎;
[0024](3)冷軋前的熱處理目的是發生回復和部分再結晶,采用油淬也是為了抑制有序相的析出;
[0025](4)滲氮前減薄高硅鋼表面氧化層有利于后續滲氮,在固有抑制劑的基礎上,通過滲氮處理追加抑制劑的方法增強了抑制力。
[0026]通過采取以上措施可以大大降低軋制過程中高硅鋼開裂的幾率,從而提高取向高硅鋼薄板的成品率,并且成品板二次晶粒尺寸適中,具有高磁感低鐵損的特點,對設備要求相對簡單,具有廣泛的實用性。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明實施例2中成品板宏觀組織圖,圖中RD表示軋向,TD表示橫向;
[0028]圖2為本發明實施例2中成品板{200}極圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合具體實施例進一步闡述本發明,應理解,這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的保護范圍。
[0030]實施例1
[0031]按設計的成分真空感應熔煉澆注鑄錠,其成分按重量百分比含C 0.015%, Si6.24%, Mn 0.16%, S 0.0054%, Al 0.013%, N 0.006%, Fe 余量;
[0032]將鑄錠在800?1100 °C溫度范圍內鍛造成20mm厚板坯;
[0033]鍛坯經過1150°C加熱,時間為30min,經過4個道次熱軋至2.0mm厚,終軋溫度885°C,熱軋后油淬;
[0034]熱軋板經過940°C保溫120s常化后油淬;
[0035]常化板在酸洗去除氧化皮后,經過6個道次溫軋至0.67mm厚,溫軋溫度范圍為600 ?650。。;
[0036]溫軋板經過800°C保溫IlOs退火后油淬;
[0037]將溫軋退火板在酸洗去除氧化皮后,在200?350 °C溫度范圍內經過8個道次冷軋至0.23mm厚,每道次冷軋之間需回爐經350°C保溫2min ;
[0038]將冷軋板在40 % 4+隊氣氛中進行830 °C脫碳退火,時間為3min,水浴溫度為
650C ;
[0039]采用機械磨光法減薄高硅鋼表面氧化層后,在含10%順3干的70% H2+N2氣氛中740°C滲氮處理,時間為60s,滲氮后氮含量為130ppm ;
[0040]涂覆MgO涂層后,在氮氣流通的條件下,入爐以200°C /h的速度升溫至400°C,換30% H2+N2氣氛,繼續升至600°C,保溫3h,再以15°C /h的速度升溫至1150°C,再以30°C /h的速度升溫至1200°C,保溫1h進行凈化退火,最后隨爐冷卻,降溫至700°C換N2氣氛,3000C出爐,表面用水清洗后涂絕緣涂層,獲得取向高硅鋼成品板。磁性能為:鐵損Pl.0/50=0.42ff/kg, Pl.5/50 = 1.16ff/kg ;磁感 B8 = 1.55T,B50 = 1.78T。
[0041]實施例2
[0042]按設計的成分真空感應熔煉澆注鑄錠,其成分按重量百分比含C 0.010%, Si6.43%, Mn 0.17%, S 0.0052%, Al 0.012%, N 0.007%, Fe 余量;
[0043]將鑄錠在800?1100°C溫度范圍內鍛造成23mm厚板坯;
[0044]鍛坯經過1150°C加熱,時間為30min,經過4個道次熱軋至2.1mm厚,終軋溫度880°C,熱軋后油淬;
[0045]熱軋板經過950°C保溫120s常化后油淬;
[0046]常化板在酸洗去除氧化皮后,經過7個道次溫軋至0.62mm厚,溫軋溫度范圍為600 ?650。。;
[0047]溫軋板經過780°C保溫120s退火后油淬;
[0048]將溫軋退火板在酸洗去除氧化皮后,在200?350°C溫度范圍內經過8個道次冷軋至0.20mm厚,每道次冷軋之間需回爐經350°C保溫2min ;
[0049]將冷軋板在45% H2+N2氣氛中進行850°C脫碳退火,時間為3.5min,水浴溫度為68 0C ;
[0050]采用機械磨光法減薄高硅鋼表面氧化層后,在含15%順3干的75% H2+N2氣氛中750°C滲氮處理,時間為90s,滲氮后氮含量為230ppm ;
[0051]涂覆MgO涂層后,在氮氣流通的條件下,入爐以200°C /h的速度升溫至400°C,換40% H2+N2氣氛,繼續升至600°C,保溫4h,再以15°C /h的速度升溫至1150°C,再以30°C /h的速度升溫至1200°