一種通過定向再結晶控制高矽鋼晶界特徵分布的方法
2023-05-30 22:24:21 1
一種通過定向再結晶控制高矽鋼晶界特徵分布的方法
【專利摘要】本發明提供的是一種通過定向再結晶控制高矽鋼晶界特徵分布的方法。用真空感應熔化爐精煉含硼Fe-6.5wt%Si高矽鋼，精煉後澆注，獲得鑄錠；將鑄錠在1050℃均勻化處理，然後鍛造成12mm厚的板材，鍛造溫度為900℃；將鍛造態的高矽鋼加工成尺寸為2mm厚、6mm寬、80mm長的定向再結晶試樣；定向再結晶試樣首先進行機械拋光，拋光後的試樣在5%的稀硫酸中腐蝕20min，然後用丙酮清洗；在真空室中進行定向再結晶，熱區溫度為1050～1200℃，溫度梯度均為350℃/cm，抽拉速率為0.4～12μm/s。本發明工藝設計合理，操作簡單，能提高Fe-6.5wt%Si合金的機械加工和熱加工性能。
【專利說明】一種通過定向再結晶控制高矽鋼晶界特徵分布的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種金屬材料的加工方法，特別是一種控制含硼Fe-6.5wt%Si高矽鋼晶界特徵分布的方法。
【背景技術】
[0002]矽鋼( 電工鋼)主要用作各種電機和變壓器的鐵芯以及其它電器部件，是電力、電子等領域不可缺少的重要軟磁合金。它是使用量最大的一種軟磁合金，在軟磁材料領域佔據重要地位。影響矽鋼磁性能的主要因素有矽含量、板厚、晶粒尺寸、雜質含量以及晶體學織構等。在上個世紀80年代以前，利用改善矽鋼的晶體學織構，控制晶粒尺寸、雜質含量等手段使磁性能得到了很大改善，但是之後矽鋼的磁性能一直沒有更大的提高，因此提高Si含量和進一步降低矽鋼的厚度又重新引起了人們的重視。隨著矽含量的增加，矽鋼的電阻率增大，渦流損耗減小，從而在較高頻率下表現出良好的磁性。當矽含量達到6.5%左右時，磁致伸縮係數趨近於零，磁導率增加到最大，鐵損降到最小。然而，Fe-6.5wt%Si合金由於矽含量高使合金變得既硬又脆，使機械加工和熱加工性能明顯惡化。因為脆性問題一直沒有得到解決，很長一段時期以來，冷軋高矽鋼工藝沒有取得突破性的進展。研究表明，通過控制晶界特徵分布，可以有效地改善金屬材料的脆性、耐腐蝕性能以及抗蠕變性能。相關參考文件包括:
[0003][I]T.Watanabe.Metall Trans A14 (1983): 531 ；
[0004][2] B.Alexandreanu, G.S.Was, Scripta Mater.54(2009): 1047 ；
[0005][3] S.Bechtle, M.Jumar, B.P.Somerday, Μ.Ε.Launey, R.0.Ritchie, ActaMater, 57(2009):4148 ；
[0006][4]D.A.Molodo, P.J.Konijnenberg, Scripta Mater, 54(2006):977。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在於提供一種能實現對高矽鋼晶界特徵分布的控制，提高高矽鋼的加工性能，可控性好、操作簡單的通過定向再結晶控制高矽鋼晶界特徵分布的方法。
[0008]本發明的目的是這樣實現的:
[0009]用真空感應熔化爐精煉含硼Fe-6.5wt%Si高矽鋼，精煉後澆注，獲得鑄錠；所述鑄錠的重量比化學成分為 0.05%C、6.31%S1、0.11%Μη、0.008%P、0.006%S、0.005%Α1、0.043%Β、剩餘為Fe ;將鑄錠在1050°C均勻化處理，然後鍛造成12mm厚的板材，鍛造溫度為900°C;將鍛造態的高娃鋼加工成尺寸為2mm厚、6mm寬、80mm長的定向再結晶試樣；定向再結晶試樣首先進行機械拋光，拋光後的試樣在5%的稀硫酸中腐蝕20min，然後用丙酮清洗；
[0010]在真空室中進行定向再結晶，熱區溫度為1050~1200°C，溫度梯度均為350°C /cm,抽拉速率為0.4~12 μ m/s,定向再結晶過程是通過定向退火實現。
[0011]所述定向再結晶的具體過程為:
[0012](I)將預處理好的試樣安裝在定向退火爐內連接伺服電機的抽拉杆上，調整感應圈同金屬冷卻液面距離，保證當熱區溫度為1150°C時，熱區前端試樣中溫度梯度為350°C /cm ；
[0013](2)關閉定向退火爐蓋抽真空至~KT3Pa ；
[0014](3)啟動感應電源加熱，當熱區內試樣溫度達到1050~1200°C後，啟動伺服電機，使試樣由下向上移動，移動速率為0.4~12 μ m/s。
[0015]當熱區內試樣溫度達到1150°C後，啟動伺服電機。
[0016]移動速率為3 μ m/s。
[0017]本發明具有如下優點及積極效果:
[0018](1)本發明通過定向退火過程實現定向再結晶，能夠控制小角度晶界和低Σ重位點陣(CSL)晶界的數量，使之形成具有特殊晶界的特徵分布。實現了對高矽鋼晶界特徵分布的控制。
[0019](2)採用本發明，可使高矽鋼在定向再結晶後形成頻率值為隨機取向分布統計值4~4.8倍的了小角度晶界和低Σ重位點陣(CSL)晶界(3 < Σ < 29)，從而有效地提高高矽鋼的加工性能。
[0020](3)本發明可控性好，操作簡單，適用於工業化規模生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為高矽鋼定向再結晶後的顯微結構。
[0022]圖2a-圖2b為高矽鋼定向再結晶後的取向差分布圖和晶界特徵分布圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合實例對本發明進行進一步說明。
[0024]用真空感應熔化爐精煉含硼Fe-6.5wt%Si高矽鋼，澆注後獲得鑄錠。將鑄錠在1050°C均勻化處理後冷卻到室溫，然後鍛造成12mm厚的板材，鍛造溫度為900°C。將鍛造態的高娃鋼試樣加工成尺寸為長80mm,寬6mm,厚2_的定向再結晶試樣。對製得的定向再結晶試樣進行機械拋光處理，拋光後的試樣在5%的稀硫酸中腐蝕20min，最後用丙酮清洗。定向再結晶在真空室中完成，真空度為10_3Pa，熱區溫度為1150°C，抽拉速率為3μπιΛ。即得本發明的具有特徵晶界分布的Fe-6.5wt%Si高矽鋼。
[0025]具體定向再結晶過程如下:
[0026]①將預處理好的試樣安裝在定向退火爐內連接伺服電機的抽拉杆上，調整感應圈同金屬冷卻液面距離，保證當熱區溫度為1150°C時，熱區前端試樣中溫度梯度約為350°C /cm。
[0027]②關閉定向退火爐蓋抽真空至~10_3Pa。
[0028]③啟動感應電源加熱，當熱區內試樣溫度達到1150°C後，啟動伺服電機，使試樣由下向上移動，移動速率為3 μ m/s。
[0029]圖1為高矽鋼定向再結晶後的顯微結構。從圖可以看出，定向再結晶後得到了具有大長徑比的柱狀晶顯微結構。圖2a_圖2b為高矽鋼定向再結晶後的取向差分布圖和晶界特徵分布圖。從圖圖2a可以看出，定向再結晶後的取向差分布為高斯分布，即Fe-6.5wt%Si矽鋼在定向再結晶後的取向差分布近似於隨機分布。從圖圖2b可以看出，定向再結晶後試樣形成了高頻(11%)小角度晶界和高頻(44%)低Σ值的重位點陣(CSL)晶界(特殊晶界)(3≤Σ≤29) 0小角度晶界值約為隨機晶粒取向統計值(2.3%)的4.8倍，特殊晶界值約為統計值(11.3%)的4倍。這表明了定向再結晶後試樣形成了具有高頻小角度晶界和低Σ值的重位點陣(CSL)晶界的晶界特徵分布。
【權利要求】
1.一種通過定向再結晶控制高矽鋼晶界特徵分布的方法，其特徵是:用真空感應熔化爐精煉含硼Fe-6.5wt%Si高矽鋼，精煉後澆注，獲得鑄錠；將鑄錠在1050°C均勻化處理，然後鍛造成12mm厚的板材,鍛造溫度為900°C ;將鍛造態的高娃鋼加工成尺寸為2mm厚、6_寬、80_長的定向再結晶試樣；定向再結晶試樣首先進行機械拋光，拋光後的試樣在5%的稀硫酸中腐蝕20min，然後用丙酮清洗； 在真空室中進行定向再結晶，熱區溫度為1050~1200°C，溫度梯度均為350°C /cm，抽拉速率為0.4~12 μ m/s，定向再結晶過程是通過定向退火實現。
2.根據權利要求1所述的通過定向再結晶控制高矽鋼晶界特徵分布的方法，其特徵是所述定向再結晶的具體過程為: (1)將預處理好的試樣安裝在定向退火爐內連接伺服電機的抽拉杆上，調整感應圈同金屬冷卻液面距離，保證當熱區溫度為1150°C時，熱區前端試樣中溫度梯度為350°C /cm ； (2)關閉定向退火爐蓋抽真空至~KT3Pa； (3)啟動感應電源加熱，當熱區內試樣溫度達到1050~1200°C後，啟動伺服電機，使試樣由下向上移動，移動速率為0.4~12 μ m/s。
3.根據權利要求2所述的通過定向再結晶控制高矽鋼晶界特徵分布的方法，其特徵是當熱區內試樣溫度達到1150°C後，啟動伺服電機。
4.根據權利要求2或3所述的通過定向再結晶控制高矽鋼晶界特徵分布的方法，其特徵是移動速率為3 μ m/ s。
【文檔編號】C21D8/12GK103898300SQ201410136097
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2014年4月4日
【發明者】張中武, 鄒雲 申請人:哈爾濱工程大學