一種高矽矽鋼板材的熱處理和多次冷軋加工方法
2023-04-29 17:05:36
專利名稱：一種高矽矽鋼板材的熱處理和多次冷軋加工方法
技術領域：
本發明涉及熱處理工藝與多次冷軋加工的方法。
背景技術：
高矽含量鐵矽合金(尤其含矽量在6～7％)具有高透磁率、低磁致伸縮係數、高頻下低鐵心損失等出色的磁性能，從而可以廣泛地應用於空調和冰箱的變流系統、太陽能系統、有軌電車能量系統、反用換流器、XRD電源系統、感應加熱系統、臭氧發生器、高速馬達和發電機、汽車部件、直流電轉換器等眾多領域的鐵磁轉換元件上。由於其低鐵芯損失的性能，從而使原有設備的超小型化成為可能。合金低磁致伸縮係數能夠降低設備在使用過程中的噪音，所以高矽含量鐵矽合金是一種有利於環保和節能的性能優異的軟磁材料。
傳統的矽鋼板材的生產製造採用鐵矽合金鑄錠後軋製成帶的方法。該方法包括熔制鐵矽鋼錠→開坯→熱軋→退火→酸洗→冷扎→退火→塗附絕緣層等過程，工藝複雜，能量消耗大，材料損失率高。而且由於Fe-Si系合金中矽的含量超過4.5％之後，其加工性能惡化，無法進行壓延生產。對於含矽量超過4.5％的矽鋼板材的工業化生產，目前只能夠採用日本NKK公司的CVD滲矽的方法。它是以含矽3％的矽鋼薄板材為基底，利用CVD的方法通過SiCl4在鋼板表面沉積反應生成FeSi3的沉積層，而後經過加熱擴散得到整體高矽的矽鋼板材。其主要反應為。由於SiCl4對環境的汙染很大，並且採用CVD工藝使材料的生產效率大大降低，加之工藝相對複雜，因此成本較高，難以大規模生產，產量無法達到市場實際需求。
粉末壓延法是製備高矽含量矽鋼板材最有發展潛力的方法。其製備技術中最關鍵的一步是粉末軋壓成型體的熱處理和軋壓工藝。經過廣泛的文獻和專利查閱，尚未發現有利用此項發明中的製備技術來控制鐵矽體系的軋制性能的相關報導。
發明內容
本發明是採用兩次不同溫度範圍內的熱處理工藝與多道冷軋調控的複合技術，控制帶材軋壓性能。
下面對本發明的工藝流程(參見圖1)具體實現過程詳述如下
(1)將粉末壓延法製備得到的高矽含量矽鋼薄板生坯在較低溫度範圍內進行中間燒結，即一次燒結熱處理。通過控制燒結溫度，時間和氣氛，使基體中保持有一定數量的含低矽的鐵相組織，從而實現板材具有一定強度後，仍然保持可壓延性能。
(2)在矽鋼板材整體達到脆化前，對經過中間燒結的帶材進行多次冷軋壓處理。從而可以消除燒結體內部的空洞，提高整體的緻密性。同時可以實現板材的厚度和平整性能的控制。
(3)在高溫範圍內進行二次燒結熱處理，使鐵矽元素擴散均勻，獲得組分均一的矽鋼板材。
(4)以0.5～5％的低壓下率對板材表面進行應力調整，控制表面的平整度。
(5)在低溫下進行去應力退火處理，獲得磁性能優異的脆性矽鋼板材。
由於在700℃以下，鐵矽不發生明顯的反應擴散現象，而當溫度超過1200℃以後會到達鐵矽的共晶溫度。所以選擇一次燒結熱處理的溫度為950℃～1050℃，燒結時間為3～5h。高溫燒結熱處理對燒結體的磁性能有非常好的貢獻，二次燒結熱處理的溫度為1100℃～1300℃，燒結時間為3～10h。在750～800℃下進行最終的去應力退火，時間為0.5～1h。熱處理過程中使用活性氣氛H2，或非活性氣氛Ar，或H2與Ar混合氣氛作為氣流氛圍。
本發明提供了一種能夠應用於工業化規模生產高矽含量矽鋼板材的熱處理工藝與多道冷軋調控的複合技術。該方法與已有矽鋼板材的製備工藝相比較，克服了高矽矽鋼板材無法通過軋壓加工處理的局限，具有傳統矽鋼製備工藝所不具備的簡單易操作等優異性能，具有重大的工業應用價值。
圖1高矽矽鋼板材的熱處理和軋壓加工工藝流程2含矽為6.0％試樣的緻密度隨工藝過程變化的圖象圖3熱處理完成後含矽為6.0％試樣的Fe、Si元素分布46.5％矽鋼片加工後的環狀試樣圖具體實施方案下面結合附圖詳細介紹本發明的具體實施方案。
實施例1取含矽為6.0％鐵矽壓延粉末帶材生坯，厚度為0.36mm，試樣尺寸為150×40mm，放入通有流動Ar氣氛的管式燒結爐中，進行一次燒結熱處理，燒結溫度為950℃，燒結時間為4h。得到的試樣其晶粒內部平均含矽量接近3.0％，由於局部顆粒表面含矽量高，所以仍然保持較好的可軋壓性能。
經過多次冷軋處理得到表面光潔，厚度為0.30mm，緻密度接近7.4g/cm3的試樣。
繼續放入通有流動Ar氣氛的管式燒結爐中，進行二次燒結熱處理，燒結溫度為1100℃，燒結時間為3h。得到的試樣其內部平均含矽量接近6.0％。其表面元素分布如圖2所示。
經過壓下率為3％的精軋制，可以得到表面光潔，厚度均一的試樣。最後在Ar氣氛中，800℃下進行1h的去應力退火。得到的試樣其飽和磁化強度為1.8T的高矽鐵矽合金帶材。
其整個工藝過程中緻密度的變化曲線如圖3所示。
實施例2取含矽為6.5％鐵矽壓延粉末帶材生坯，厚度為0.40mm，試樣尺寸為200×60mm，放入通有流動Ar與H2的混合氣氛中進行一次燒結熱處理，燒結溫度為1000℃，燒結時間為3h。得到的試樣其內部平均含矽量接近3.5％。
經過多次高壓下率的冷軋處理得到厚度接近0.25mm，緻密度很高的試樣。
繼續放入通有流動混合氣氛的管式燒結爐中進行二次燒結熱處理，燒結溫度為1200℃，燒結時間為5h。得到的試樣其內部平均含矽量接近6.3％。經過壓下率為1％的精軋制，可以得到表面光潔，厚度均一的試樣。最後在混合氣氛中，750℃下進行40min的去應力退火。得到的試樣具有很好的可加工性能，其加工成環的圖像如圖4所示。
實施例3取含矽為7％鐵矽壓延粉末帶材生坯，厚度為0.40mm，試樣尺寸為200×40mm，放入通有流動H2氣氛中進行一次燒結熱處理，燒結溫度為1050℃，燒結時間為5h。得到的試樣其內部平均含矽量接近4％。
經過多次高壓下率的冷軋處理得到厚度接近0.3mm。
繼續放入通有H2氣氛的管式燒結爐中進行二次燒結熱處理，燒結溫度為1300℃，燒結時間為10h。得到的試樣其內部平均含矽量接近6.7％。經過壓下率為0.5％的精軋制，可以得到表面光潔，厚度均一的試樣。最後在混合氣氛中，800℃下進行30min的去應力退火。可以製備得到最終的試樣。
權利要求
1.一種粉末壓延法製備的高矽矽鋼板材的熱處理和多次冷軋加工方法，其特徵是利用兩次不同溫度範圍內的熱處理工藝與多道冷軋調控的複合技術，控制帶材軋壓性能，製備得到高矽脆性矽鋼板材，具體方法如下先將高矽含量矽鋼薄板生坯進行一次燒結熱處理，通過控制燒結溫度，時間和氣氛，保持可壓延性能，接著進行多次冷軋壓處理，以消除燒結體內部的空洞，然後在高溫範圍內進行二次燒結熱處理，獲得組分均一的矽鋼板材，最後通過0.5～5％的低壓下率的板材應力調整和去應力退火處理，獲得最終的脆性矽鋼板材，其中(1)一次燒結熱處理的溫度範圍為800℃～1000℃，燒結時間是3～5h；(2)二次燒結熱處理的溫度範圍在1100℃～1300℃，燒結時間為3～10h；(3)去應力退火工藝的溫度範圍在750～800℃下，時間為0.5～1h；(4)熱處理過程中使用活性氣氛H2，或非活性氣氛Ar，或H2與Ar混合氣氛作為氣流氛圍。
全文摘要
本發明提供了一種利用兩次不同溫度範圍內的熱處理和多道冷軋調控的複合技術，控制帶材軋壓的延伸性能，製備高矽脆性矽鋼板材的方法。其特徵是先將粉末壓延法製備得到的高矽含量矽鋼薄板生坯在較低溫度範圍內進行一次燒結熱處理，控制薄板中鐵顆粒的矽含量，使板材保持可壓延性能。在矽鋼板材整體達到脆化前，進行多次軋壓冷處理，從而可以控制板材的厚度，平整性和緻密性。再通過此後高溫範圍內的二次燒結熱處理，可獲得組分均一的矽鋼板材。最後，通過低壓下率的板材應力調整和去應力退火處理，可以獲得磁性能優異的高矽含量脆性矽鋼板材。該方法突破了高矽矽鋼板材無法通過軋壓加工處理的局限，具有重大的工業應用價值。
文檔編號C21D8/02GK1528921SQ0312545
公開日2004年9月15日 申請日期2003年9月25日 優先權日2003年9月25日
發明者張聯盟, 張濤, 沈強, 李然, 張東明, 員文杰, 王傳彬 申請人:武漢理工大學