一種高磁感無取向高矽鋼薄板的製備方法

2023-07-24 04:36:31

一種高磁感無取向高矽鋼薄板的製備方法
【專利摘要】一種高磁感無取向高矽鋼薄板的製備方法，屬於鋼製造領域。本發明的製備方法包括熔煉鑄造、板坯經均熱處理後熱軋、常化、酸洗和冷軋和成品退火五個步驟，通過嚴格限制並協調控制熱軋溫度、熱軋壓下率和冷軋壓下率三個工藝參數，達到增強產品{100}織構，改善磁性能的目的。本發明在不改變工藝流程、不增加生產設備的前提下，提高了無取向高矽鋼板帶的磁性能。工藝簡單、穩定，應用於無取向高矽鋼的生產流程中明顯了改善產品的磁性能。
【專利說明】一種高磁感無取向高矽鋼薄板的製備方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於冶金【技術領域】，特別涉及一種高磁感無取向高矽鋼薄板的製備方法。

【背景技術】
[0002] 矽含量為3.0%?7.0% (重量百分含量）的無取向高矽鋼具有高磁導率、高電阻 率、低磁致伸縮係數等特性，尤其在高頻下具有超低鐵損和低噪音等優異的軟磁性能，主要 用於高速高頻電機、高頻變壓器、高頻扼流線圈和磁屏蔽等電力電子器件中，有利於促進電 力電子產品的低能耗、低噪音、小型化和高效化。
[0003] 受固溶強化和有序強化作用，無取向高矽鋼冷加工性很差，長期以來無取向高矽 鋼的研究主要集中在解決成形問題上。研究人員相繼開發了沉積擴散法（中國專利號 CN103060746A、CN103320737A、CN103320842A)、快速凝固法、粉末冶金法、乳製法（中國專 利 CN201110020170. 2、CN201110020176. X、CN201210309525. 1)等多種方法製造無取向高 矽鋼。
[0004] 軋製法始終是最適合大工業生產的金屬板帶製造方法。近年來，隨著國際和國內 細化熱軋組織以及大幅降低有序度等軋制方法的開發，無取向高矽鋼塑性得到明顯提升， 軋製成形問題逐漸得以解決，高矽鋼的研究重點轉變到磁性能的改善方面。由於Fe-Si晶 體具有磁晶各向異性，無取向高矽鋼的磁性能對再結晶織構十分敏感。無取向高矽鋼經過 熱軋、冷軋和退火工序容易形成強{111}再結晶織構。由於{111}再結晶織構是無取向高 矽鋼中最不利的織構組分，所以消除{111}再結晶織構可提升無取向高矽鋼的磁感和磁導 率，降低鐵損。此外，{100}再結晶織構是無取向高矽鋼理想的織構組分，所以如果在消除 {111}再結晶織構的基礎上形成{100}再結晶織構，可進一步提升無取向高矽鋼的磁性能。
[0005] 織構具有顯著的遺傳效應，通常認為再結晶織構起源於熱軋。在3. 0% Si矽鋼中， 如果熱軋板由具有//ND(ND為軋面法向）取向的柱狀晶構成，冷軋和退火後的{100} 再結晶織構得以顯著增強。此外，冷軋是與最終退火最相近的工序，冷軋的組織和織構特徵 與退火後的再結晶織構特徵密切相關。
[0006] 所以通過探索合適的熱軋工藝參數改善熱軋織構，並輔助以適當的冷軋工藝，使 熱軋織構能最大限度的遺傳到最終退火態，是無取向高矽鋼織構控制與優化的主要途徑。


【發明內容】

[0007] 針對現有技術存在的問題，本發明提供一種高磁感無取向高矽鋼薄板的製備方 法，在不改變製造流程，不增加額外設備和工序的前提下，通過精細化控制熱軋和冷軋過程 中的工藝參數，實現無取向高矽鋼成品薄板中的再結晶織構優化，最終達到提高磁性能的 目的。
[0008] 本發明高磁感無取向高矽鋼薄板的製備方法，具體包括以下步驟：
[0009] 步驟1，熔煉鑄造：按設定成分熔煉，並在1400?160(TC澆鑄成板坯，設定成分 按重量百分比為，Si :3· 0 ?7. 0%，Μη :0· 01 ?0· 50%，Als :彡 0· 20%，C :彡 0· 01%，N : 彡0. 01%，S 0. 02%，P 0. 10%，餘量為Fe和不可避免的雜質。
[0010] 步驟2,板坯經均熱處理後熱軋：將板坯加熱至1020?1200°C，保溫時間為5? 600min ;然後進行熱軋，開軋溫度為1000?1150°C，終軋溫度為900?1050°C，總壓下率為 85?99%，獲得熱軋板；
[0011] 步驟3,常化：將熱軋板放入加熱爐，進行常化退火，退火溫度800?1200°C，退火 時間0. 5?600min，得到常化板。
[0012] 步驟4,酸洗和冷軋：將常化板酸洗後，在0?400°C進行冷軋，冷軋過程採用如下 方法的一種：
[0013] (1) 一次冷軋法：冷軋壓下率為65?95%，獲得冷軋薄板；
[0014] (2)二次冷軋法：一次冷軋壓下率為30?95%，然後進行中間退火，退火溫度為 700?1200°C，退火時間為0. 5?600min ;進行二次冷軋，二次冷軋壓下率為65?95%，獲 得冷軋薄板；
[0015] (3)三次冷軋法：一次冷軋壓下率為30?90%，進行中間退火，退火溫度為700? 1200°C，退火時間為0. 5?600min ;進行二次冷軋，二次冷軋壓下率為30?90%，進行中間 退火，退火溫度為700?1200°C，退火時間為0. 5?600min ;進行三次冷軋，三次冷軋壓下 率為65?95%，獲得冷軋薄板；
[0016] 步驟5,成品退火：非氧化氣氛保護下，在750?1200°C保溫0. 5?600min，，獲得 無取向高矽鋼薄板成品。
[0017] 其中，步驟5中的非氧化氣氛為惰性氣體和/或還原氣體；其中，惰性氣體為氬 氣和/或氮氣，還原氣體為氫氣，當非氧化氣氛為混合氣體時，混合氣體的體積比例為任意 比。
[0018] 本發明的高磁感無取向高矽鋼薄板特點和有益效果是：本發明的高磁感無取向高 矽鋼薄板在熱軋過程中通過嚴格的控制熱軋溫度和熱軋變形量，使得熱軋板具有強{100} 織構且不含有{111}織構。本發明的高磁感無取向高矽鋼薄板在最終的成品退火工序中， 形成了強{100}織構且不含有{111}織構。
[0019] 在不增加設備、不改變製造流程、不明顯改變製造成本的前提下，通過對熱軋工藝 的嚴格限制並協調控制，顯著提高了熱軋板中心層{100}〈〇12>?{100}〈001>織構強度。 由於織構具有遺傳特性，熱軋板{100}織構的增強可抑制成品退火過程中形成{111}再結 晶織構，促進{100}再結晶織構發展。由於磁晶各向異性現象的存在，無取向高矽鋼的磁感 對再結晶織構十分敏感。由於{111}再結晶織構在軋面內不含有易磁化的〈1〇〇>方向，形 成{111}再結晶織構會降低磁導率和磁感，所以消除{111}再結晶織構就可以提高無取向 高矽鋼的磁性能。{100}再結晶織構在軋面內含有兩個〈1〇〇>方向，形成{100}再結晶織構 可以提高磁導率和磁感，尤其適合於在旋轉條件下工作的電動機、發電機鐵芯。本發明不僅 消除了不利的{111}再結晶織構，而且形成有利的{100}再結晶織構，因此可顯著提高無取 向高矽鋼的磁感。此外，再結晶織構的改善還可以起到降低鐵損的作用。
[0020] 在本發明的製備方法中，除考慮熱軋織構對成品織構的影響外，還綜合考慮到冷 軋微結構和織構的影響。冷軋是與再結晶退火相鄰最近的工序，冷軋微結構和織構均會對 再結晶織構的形成與發展產生重要影響。比如，上述{111}再結晶織構就是在冷軋板{111} 取向形變晶粒的晶界和晶內形核，上述{100}再結晶織構通常在冷軋板{100}取向的形變 區域內形核。因此要嚴格控制上述步驟4的冷軋工藝參數。冷軋壓下率太小或太大在成品 退火後都不能獲得強{100}再結晶織構。
[0021] 綜上所述，本發明通過對熱軋和冷軋工藝參數的精細化控制，不僅成功消除了不 利的{111}再結晶織構，而且獲得了有益的強{100}再結晶織構，從而達到了提高磁感降低 鐵損的目的。本發明採用的工藝簡單、穩定，應用於無取向高矽鋼的生產流程中明顯改善了 產品的磁性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為本發明實施例1中步驟2中獲得的熱軋板中心層取向分布函數恆φ=0°和 45°截面圖；
[0023] 圖2為本發明實施例1中製備的高磁感無取向高矽鋼薄板成品1/4層和中心層的 取向分布函數恆Φ=〇°和45°截面圖。

【具體實施方式】
[0024] 本發明實施例中分析磁感採用的設備為Iwatsu sy-8232B_H分析儀，測試的磁性 能指標是頻率50Hz，外磁場800A/m下的磁感應強度B8 ;取向分布函數分析採用的設備為荷 蘭帕納科X射線衍射儀X' Pert PRO ;室溫根據季節不同，實際溫度在0?30°C。
[0025] 實施例1
[0026] 高磁感無取向高矽鋼薄板的製備方法，具體包括以下步驟：
[0027] 步驟1，熔煉鑄造：按設定成分熔煉，並在140(TC澆鑄成板坯，設定成分按重量百 分比為，Si :6. 5%，Mn :0· 01%，C :0· 01%，N :0· 01%，S :0· 02%，P :0· 10%，餘量為 Fe 和不 可避免的雜質。
[0028] 步驟2,板坯經均熱處理後熱軋：將板坯加熱至1020°C，保溫時間為600min ;然後 進行熱軋，開軋溫度為l〇〇〇°C，終軋溫度為900°C，總壓下率為85%，獲得熱軋板；
[0029] 步驟3,常化：將熱軋板放入加熱爐，進行常化退火，退火溫度800°C，退火時間 600min，得到常化板。
[0030] 步驟4,酸洗和冷軋：將常化板酸洗後，在400°C進行冷軋，冷軋過程採用一次冷軋 法：冷軋壓下率為65%，獲得冷軋薄板；
[0031] 步驟5,成品退火：氮氣保護下，在75(TC保溫600min，，獲得無取向高娃鋼薄板成 品。
[0032] 圖1為本實施例中步驟2中獲得的熱軋板中心層的取向分布函數恆φ=〇°和45° 截面圖，由圖可知，熱軋板具有強{100}織構，且不含有{111}織構。圖2為本實施例中制 備的高磁感無取向高矽鋼薄板成品1/4層和中心層的取向分布函數恆φ=〇°和45°截面圖， 成品中具有強{100}再結晶織構，且不含有{111}織構。
[0033] 本實施例製備出的無取向高矽鋼薄板的磁感應強度Β8為1. 41。
[0034] 實施例2
[0035] 高磁感無取向高矽鋼薄板的製備方法，具體包括以下步驟：
[0036] 步驟1，熔煉鑄造：按設定成分熔煉，並在160(TC澆鑄成板坯，設定成分按重量 百分比為，Si :3· 0%，Μη :0· 50%，Als :0· 20%，C :0· 004%，N :0· 005%，S :0· 004%，P : 0. 07%，餘量為Fe和不可避免的雜質。
[0037] 步驟2,板坯經均熱處理後熱軋：將板坯加熱至1200°C，保溫時間為5min ;然後進 行熱軋，開軋溫度為1150°C，終軋溫度為1050°C，總壓下率為99%，獲得熱軋板；
[0038] 步驟3,常化：將熱軋板放入加熱爐，進行常化退火，退火溫度1200°C，退火時間 lOOmin，得到常化板。
[0039] 步驟4,酸洗和冷軋：將常化板酸洗後，在室溫0°C進行冷軋，冷軋過程採用一次冷 軋法，冷軋壓下率為95%，獲得冷軋薄板；
[0040] 步驟5,成品退火：氦氣保護下，在120(TC保溫0. 5min，，獲得無取向高娃鋼薄板成 品。
[0041] 本實施例製備出的無取向高矽鋼薄板的磁感應強度為B5(l為1. 72T。
[0042] 實施例3
[0043] 高磁感無取向高矽鋼薄板的製備方法，具體包括以下步驟：
[0044] 步驟1，熔煉鑄造：按設定成分熔煉，並在1500°C澆鑄成板坯，設定成分按重量百 分比為，Si :7· 0%，Μη :0· 02%，C :0· 006%，N :0· 006%，S :0· 005%，P :0· 006%，餘量為 Fe 和不可避免的雜質。
[0045] 步驟2,板述經均熱處理後熱乳：將板述加熱至1100°C,保溫時間為40min ;然後進 行熱乳，開乳溫度為1050,終乳溫度為950°C,總壓下率為90%,獲得熱乳板；
[0046] 步驟3,常化：將熱軋板放入加熱爐，進行常化退火，退火溫度1000°C，退火時間 lOmin，得到常化板。
[0047] 步驟4,酸洗和冷軋：將常化板酸洗後，採用二次冷軋法：在400°C進行一次冷軋， 一次冷軋壓下率為30%，然後進行中間退火，退火溫度為700°C，退火時間為600min ;在 400°C進行二次冷軋，二次冷軋壓下率為95%，獲得冷軋薄板；
[0048] 步驟5,成品退火：氫氣保護下，在950°C保溫lmin，獲得無取向高娃鋼薄板成品。
[0049] 本實施例製備出的無取向高矽鋼薄板的磁感應強度為B8為1. 35T。
[0050] 實施例4
[0051] 高磁感無取向高矽鋼薄板的製備方法，具體包括以下步驟：
[0052] 步驟1，熔煉鑄造：按設定成分熔煉，並在1400?160(TC澆鑄成板坯，設定成分按 重量百分比為，Si :6· 6%，Μη :0· 01%，C :0· 006%，N :0· 005%，S :0· 005%，P :0· 006%，餘 量為Fe和不可避免的雜質。
[0053] 步驟2,板述經均熱處理後熱乳：將板述加熱至1200°C,保溫時間為lOOmin ;然後 進行熱軋，開軋溫度為1150°C，終軋溫度為1050°C，總壓下率為99%，獲得熱軋板；
[0054] 步驟3,常化：將熱軋板放入加熱爐，進行常化退火，退火溫度900°C，退火時間 lOmin，得到常化板。
[0055] 步驟4,酸洗和冷軋：將常化板酸洗後，採用二次冷軋法：在200°C進行一次冷軋， 一次冷軋壓下率為95%，然後進行中間退火，退火溫度為1200°C，退火時間為0. 5 ;在400。 C進行二次冷軋，二次冷軋壓下率為65%，獲得冷軋薄板；
[0056] 步驟5,成品退火：氬氣和氮氣混合氣體保護下，氬氣和氮氣體積比為2 :8,在 1200°C保溫0. 5min，獲得無取向高矽鋼薄板成品。
[0057] 本實施例製備出的無取向高矽鋼薄板的磁感應強度為B8為1. 45T。
[0058] 實施例5
[0059] 高磁感無取向高矽鋼薄板的製備方法，具體包括以下步驟：
[0060] 步驟1，熔煉鑄造：按設定成分熔煉，並在1400?160(TC澆鑄成板坯，設定成分按 重量百分比為，Si :6· 45%，Μη :0· 01%，C :0· 006%，N :0· 005%，S :0· 008%，P :0· 01%，餘 量為Fe和不可避免的雜質。
[0061] 步驟2,板坯經均熱處理後熱軋：將板坯加熱至1KKTC，保溫時間為600min ;然後 進行熱軋，開軋溫度為1080°C，終軋溫度為900°C，總壓下率為85%，獲得熱軋板；
[0062] 步驟3,常化：將熱軋板放入加熱爐，進行常化退火，退火溫度1000°C，退火時間 600min，得到常化板。
[0063] 步驟4,酸洗和冷軋：將常化板酸洗後，採用三次冷軋法：在150°C進行一次冷軋， 一次冷軋壓下率為30%，進行中間退火，退火溫度為700°C，退火時間為600min ;在150°C 進行二次冷軋，二次冷軋壓下率為90 %，進行中間退火，退火溫度為1200°C，退火時間為 0. 5min ;在150°C進行三次冷軋，三次冷軋壓下率為65%，獲得冷軋薄板；
[0064] 步驟5,成品退火：氦氣保護下，在950°C保溫lOmin，獲得無取向高娃鋼薄板成品。
[0065] 本實施例製備出的無取向高矽鋼薄板的磁感應強度為B8為1. 45。
[0066] 實施例6
[0067] 高磁感無取向高矽鋼薄板的製備方法，具體包括以下步驟：
[0068] 步驟1，熔煉鑄造：按設定成分熔煉，並在1450°C澆鑄成板坯，設定成分按重量百 分比為，Si :6· 45%，Μη :0· 01%，C :0· 006%，N :0· 005%，S :0· 008%，P :0· 01%，餘量為 Fe 和不可避免的雜質。
[0069] 步驟2,板坯經均熱處理後熱軋：將板坯加熱至1KKTC，保溫時間為600min ;然後 進行熱軋，開軋溫度為1080°C，終軋溫度為900°C，總壓下率為85%，獲得熱軋板；
[0070] 步驟3,常化：將熱軋板放入加熱爐，進行常化退火，退火溫度1050°C，退火時間 600min，得到常化板。
[0071] 步驟4,酸洗和冷軋：將常化板酸洗後，採用三次冷軋法：在120°C進行一次冷軋， 一次冷軋壓下率為90%，進行中間退火，退火溫度為700°C，退火時間為600min ;在120°C 進行二次冷軋，二次冷軋壓下率為30 %，進行中間退火，退火溫度為1200°C，退火時間為 0. 5min ;在120°C進行三次冷軋，三次冷軋壓下率為65%，獲得冷軋薄板；
[0072] 步驟5,成品退火：氮氣和氫氣的混合氣體保護下，氮氣和氫氣的體積比3 :7,在 950°C保溫10min，獲得無取向高娃鋼薄板成品。
[0073] 本實施例製備出的無取向高矽鋼薄板的磁感應強度為B8為1. 446T。
[0074] 實施例7
[0075] 高磁感無取向高矽鋼薄板的製備方法，具體包括以下步驟：
[0076] 步驟1，熔煉鑄造：按設定成分熔煉，並在1400?160(TC澆鑄成板坯，其成分按重 量百分比為，Si :6· 45%，Μη :0· 01%，C :0· 006%，N :0· 005%，S :0· 008%，P :0· 01%，餘量 為Fe和不可避免的雜質。
[0077] 步驟2,板坯經均熱處理後熱軋：將板坯加熱至1KKTC，保溫時間為600min ;然後 進行熱軋，開軋溫度為1080°C，終軋溫度為900°C，總壓下率為85%，獲得熱軋板；
[0078] 步驟3,常化：將熱軋板放入加熱爐，進行常化退火，退火溫度1000°C，退火時間 600min，得到常化板。
[0079] 步驟4,酸洗和冷軋：將常化板酸洗後，採用三次冷軋法：在室溫25°C進行一次冷 車L，一次冷軋壓下率為30%，進行中間退火，退火溫度為700°C，退火時間為600min ;在室溫 25°C進行二次冷軋，二次冷軋壓下率為30%，進行中間退火，退火溫度為1200°C，退火時間 為0. 5min ;在室溫25°C進行三次冷軋，三次冷軋壓下率為95%，獲得冷軋薄板；
[0080] 步驟5,成品退火：氫氣保護下，在950°C保溫lOmin，獲得無取向高娃鋼薄板成品。
[0081] 本實施例製備出的無取向高矽鋼薄板的磁感應強度為B8為1. 452T。
[0082] 實施例8
[0083] 高磁感無取向高矽鋼薄板的製備方法，具體包括以下步驟：
[0084] 步驟1，熔煉鑄造：按設定成分熔煉，並在1550°C澆鑄成板坯，其成分按重量百分 比為，Si :6. 45%，Mn :0· 01%，C :0· 006%，N :0· 005%，S :0· 008%，P :0· 01%，餘量為 Fe 和 不可避免的雜質。
[0085] 步驟2,板坯經均熱處理後熱軋：將板坯加熱至1080°C，保溫時間為600min ;然後 進行熱軋，開軋溫度為1080°C，終軋溫度為900°C，總壓下率為85%，獲得熱軋板；
[0086] 步驟3,常化：將熱軋板放入加熱爐，進行常化退火，退火溫度1000°C，退火時間 600min，得到常化板。
[0087] 步驟4,酸洗和冷軋：將常化板酸洗後，採用三次冷軋法：在KKTC進行一次冷軋， 一次冷軋壓下率為50%，進行中間退火，退火溫度為700°C，退火時間為10min ;在100°C 進行二次冷軋，二次冷軋壓下率為50 %，進行中間退火，退火溫度為1000°C，退火時間為 0. 5min ;在10(TC進行三次冷軋，三次冷軋壓下率為65%，獲得冷軋薄板；
[0088] 步驟5,成品退火：氫氣和氮氣的混合氣體保護下，氫氣和氮氣的體積比為4 :6,在 950 °C保溫10min，獲得無取向高娃鋼薄板成品。
[0089] 本實施例製備出的無取向高矽鋼薄板的磁感應強度為B8為1. 455T。
【權利要求】
1. 一種高磁感無取向高矽鋼薄板的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟： 步驟1，熔煉鑄造：按設定成分冶煉，並在1400?160(TC澆鑄成板坯，設定成分按重量 百分比為，Si :3.0 ?7.0%，Mn :0.01 ?0.50%，Als :彡 0.20%，C:彡 0·01%，Κ0·01%， S :彡0. 02%，Ρ :彡0. 10%，餘量為Fe和不可避免的雜質。 步驟2,板坯經均熱處理後熱軋：將板坯加熱至1020?1200°C，保溫時間為5? 600min ;然後進行熱軋，開軋溫度為1000?1150°C，終軋溫度為900?1050°C，總壓下率為 85?99%，獲得熱軋板； 步驟3,常化：將熱軋板進行常化退火，退火溫度800?1200 °C，退火時間0. 5? 600min，得到常化板。 步驟4,酸洗和冷軋：將常化板酸洗後，在0?400°C進行冷軋，冷軋過程採用如下方法 的一種： (1) 一次冷軋法：冷軋壓下率為65?95%，獲得冷軋薄板； (2) 二次冷軋法：一次冷軋壓下率為30?95%，然後進行中間退火，退火溫度為700? 1200°C，退火時間為0. 5?600min ;進行二次冷軋，二次冷軋壓下率為65?95%，獲得冷軋 薄板； (3) 三次冷軋法：一次冷軋壓下率為30?90%，進行中間退火，退火溫度為700? 1200°C，退火時間為0. 5?600min ;進行二次冷軋，二次冷軋壓下率為30?90%，進行中間 退火，退火溫度為700?1200°C，退火時間為0. 5?600min ;進行三次冷軋，三次冷軋壓下 率為65?95 %，獲得冷軋薄板； 步驟5,成品退火：非氧化氣氛保護下，在750?1200°C保溫0. 5?600min，，獲得無取 向高矽鋼薄板成品。
2. 如權利要求1所述的高磁感無取向高矽鋼薄板的製備方法，其特徵在於，所述的步 驟5中的非氧化氣氛為惰性氣體和/或還原氣體；其中，惰性氣體為氬氣和/或氮氣，還原 氣體為氫氣，當非氧化氣氛為混合氣體時，混合氣體的體積比例為任意比。
【文檔編號】B23P15/00GK104120234SQ201410314987
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月2日 優先權日:2014年7月2日
【發明者】左良, 沙玉輝, 柳金龍, 姚勇創, 張芳 申請人:東北大學