專利名稱：一種高硅硅鋼板材的熱處理和多次冷軋加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱處理工藝與多次冷軋加工的方法。
背景技術(shù)：
高硅含量鐵硅合金(尤其含硅量在6～7％)具有高透磁率、低磁致伸縮系數(shù)、高頻下低鐵心損失等出色的磁性能，從而可以廣泛地應(yīng)用于空調(diào)和冰箱的變流系統(tǒng)、太陽能系統(tǒng)、有軌電車能量系統(tǒng)、反用換流器、XRD電源系統(tǒng)、感應(yīng)加熱系統(tǒng)、臭氧發(fā)生器、高速馬達和發(fā)電機、汽車部件、直流電轉(zhuǎn)換器等眾多領(lǐng)域的鐵磁轉(zhuǎn)換元件上。由于其低鐵芯損失的性能，從而使原有設(shè)備的超小型化成為可能。合金低磁致伸縮系數(shù)能夠降低設(shè)備在使用過程中的噪音，所以高硅含量鐵硅合金是一種有利于環(huán)保和節(jié)能的性能優(yōu)異的軟磁材料。
傳統(tǒng)的硅鋼板材的生產(chǎn)制造采用鐵硅合金鑄錠后軋制成帶的方法。該方法包括熔制鐵硅鋼錠→開坯→熱軋→退火→酸洗→冷扎→退火→涂附絕緣層等過程，工藝復(fù)雜，能量消耗大，材料損失率高。而且由于Fe-Si系合金中硅的含量超過4.5％之后，其加工性能惡化，無法進行壓延生產(chǎn)。對于含硅量超過4.5％的硅鋼板材的工業(yè)化生產(chǎn)，目前只能夠采用日本NKK公司的CVD滲硅的方法。它是以含硅3％的硅鋼薄板材為基底，利用CVD的方法通過SiCl4在鋼板表面沉積反應(yīng)生成FeSi3的沉積層，而后經(jīng)過加熱擴散得到整體高硅的硅鋼板材。其主要反應(yīng)為。由于SiCl4對環(huán)境的污染很大，并且采用CVD工藝使材料的生產(chǎn)效率大大降低，加之工藝相對復(fù)雜，因此成本較高，難以大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)量無法達到市場實際需求。
粉末壓延法是制備高硅含量硅鋼板材最有發(fā)展?jié)摿Φ姆椒?。其制備技術(shù)中最關(guān)鍵的一步是粉末軋壓成型體的熱處理和軋壓工藝。經(jīng)過廣泛的文獻和專利查閱，尚未發(fā)現(xiàn)有利用此項發(fā)明中的制備技術(shù)來控制鐵硅體系的軋制性能的相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是采用兩次不同溫度范圍內(nèi)的熱處理工藝與多道冷軋調(diào)控的復(fù)合技術(shù)，控制帶材軋壓性能。
下面對本發(fā)明的工藝流程(參見圖1)具體實現(xiàn)過程詳述如下
(1)將粉末壓延法制備得到的高硅含量硅鋼薄板生坯在較低溫度范圍內(nèi)進行中間燒結(jié)，即一次燒結(jié)熱處理。通過控制燒結(jié)溫度，時間和氣氛，使基體中保持有一定數(shù)量的含低硅的鐵相組織，從而實現(xiàn)板材具有一定強度后，仍然保持可壓延性能。
(2)在硅鋼板材整體達到脆化前，對經(jīng)過中間燒結(jié)的帶材進行多次冷軋壓處理。從而可以消除燒結(jié)體內(nèi)部的空洞，提高整體的致密性。同時可以實現(xiàn)板材的厚度和平整性能的控制。
(3)在高溫范圍內(nèi)進行二次燒結(jié)熱處理，使鐵硅元素擴散均勻，獲得組分均一的硅鋼板材。
(4)以0.5～5％的低壓下率對板材表面進行應(yīng)力調(diào)整，控制表面的平整度。
(5)在低溫下進行去應(yīng)力退火處理，獲得磁性能優(yōu)異的脆性硅鋼板材。
由于在700℃以下，鐵硅不發(fā)生明顯的反應(yīng)擴散現(xiàn)象，而當(dāng)溫度超過1200℃以后會到達鐵硅的共晶溫度。所以選擇一次燒結(jié)熱處理的溫度為950℃～1050℃，燒結(jié)時間為3～5h。高溫?zé)Y(jié)熱處理對燒結(jié)體的磁性能有非常好的貢獻，二次燒結(jié)熱處理的溫度為1100℃～1300℃，燒結(jié)時間為3～10h。在750～800℃下進行最終的去應(yīng)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(fā)明提供了一種能夠應(yīng)用于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)高硅含量硅鋼板材的熱處理工藝與多道冷軋調(diào)控的復(fù)合技術(shù)。該方法與已有硅鋼板材的制備工藝相比較，克服了高硅硅鋼板材無法通過軋壓加工處理的局限，具有傳統(tǒng)硅鋼制備工藝所不具備的簡單易操作等優(yōu)異性能，具有重大的工業(yè)應(yīng)用價值。


圖1高硅硅鋼板材的熱處理和軋壓加工工藝流程2含硅為6.0％試樣的致密度隨工藝過程變化的圖象圖3熱處理完成后含硅為6.0％試樣的Fe、Si元素分布46.5％硅鋼片加工后的環(huán)狀試樣圖具體實施方案下面結(jié)合附圖詳細介紹本發(fā)明的具體實施方案。
實施例1取含硅為6.0％鐵硅壓延粉末帶材生坯，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(jié)爐中，進行一次燒結(jié)熱處理，燒結(jié)溫度為950℃，燒結(jié)時間為4h。得到的試樣其晶粒內(nèi)部平均含硅量接近3.0％，由于局部顆粒表面含硅量高，所以仍然保持較好的可軋壓性能。
經(jīng)過多次冷軋?zhí)幚淼玫奖砻婀鉂?，厚度?.30mm，致密度接近7.4g/cm3的試樣。
繼續(xù)放入通有流動Ar氣氛的管式燒結(jié)爐中，進行二次燒結(jié)熱處理，燒結(jié)溫度為1100℃，燒結(jié)時間為3h。得到的試樣其內(nèi)部平均含硅量接近6.0％。其表面元素分布如圖2所示。
經(jīng)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。最后在Ar氣氛中，800℃下進行1h的去應(yīng)力退火。得到的試樣其飽和磁化強度為1.8T的高硅鐵硅合金帶材。
其整個工藝過程中致密度的變化曲線如圖3所示。
實施例2取含硅為6.5％鐵硅壓延粉末帶材生坯，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(jié)熱處理，燒結(jié)溫度為1000℃，燒結(jié)時間為3h。得到的試樣其內(nèi)部平均含硅量接近3.5％。
經(jīng)過多次高壓下率的冷軋?zhí)幚淼玫胶穸冉咏?.25mm，致密度很高的試樣。
繼續(xù)放入通有流動混合氣氛的管式燒結(jié)爐中進行二次燒結(jié)熱處理，燒結(jié)溫度為1200℃，燒結(jié)時間為5h。得到的試樣其內(nèi)部平均含硅量接近6.3％。經(jīng)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。最后在混合氣氛中，750℃下進行40min的去應(yīng)力退火。得到的試樣具有很好的可加工性能，其加工成環(huán)的圖像如圖4所示。
實施例3取含硅為7％鐵硅壓延粉末帶材生坯，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(jié)熱處理，燒結(jié)溫度為1050℃，燒結(jié)時間為5h。得到的試樣其內(nèi)部平均含硅量接近4％。
經(jīng)過多次高壓下率的冷軋?zhí)幚淼玫胶穸冉咏?.3mm。
繼續(xù)放入通有H2氣氛的管式燒結(jié)爐中進行二次燒結(jié)熱處理，燒結(jié)溫度為1300℃，燒結(jié)時間為10h。得到的試樣其內(nèi)部平均含硅量接近6.7％。經(jīng)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。最后在混合氣氛中，800℃下進行30min的去應(yīng)力退火。可以制備得到最終的試樣。
權(quán)利要求
1.一種粉末壓延法制備的高硅硅鋼板材的熱處理和多次冷軋加工方法，其特征是利用兩次不同溫度范圍內(nèi)的熱處理工藝與多道冷軋調(diào)控的復(fù)合技術(shù)，控制帶材軋壓性能，制備得到高硅脆性硅鋼板材，具體方法如下先將高硅含量硅鋼薄板生坯進行一次燒結(jié)熱處理，通過控制燒結(jié)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(jié)體內(nèi)部的空洞，然后在高溫范圍內(nèi)進行二次燒結(jié)熱處理，獲得組分均一的硅鋼板材，最后通過0.5～5％的低壓下率的板材應(yīng)力調(diào)整和去應(yīng)力退火處理，獲得最終的脆性硅鋼板材，其中(1)一次燒結(jié)熱處理的溫度范圍為800℃～1000℃，燒結(jié)時間是3～5h；(2)二次燒結(jié)熱處理的溫度范圍在1100℃～1300℃，燒結(jié)時間為3～10h；(3)去應(yīng)力退火工藝的溫度范圍在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(fā)明提供了一種利用兩次不同溫度范圍內(nèi)的熱處理和多道冷軋調(diào)控的復(fù)合技術(shù)，控制帶材軋壓的延伸性能，制備高硅脆性硅鋼板材的方法。其特征是先將粉末壓延法制備得到的高硅含量硅鋼薄板生坯在較低溫度范圍內(nèi)進行一次燒結(jié)熱處理，控制薄板中鐵顆粒的硅含量，使板材保持可壓延性能。在硅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，平整性和致密性。再通過此后高溫范圍內(nèi)的二次燒結(jié)熱處理，可獲得組分均一的硅鋼板材。最后，通過低壓下率的板材應(yīng)力調(diào)整和去應(yīng)力退火處理，可以獲得磁性能優(yōu)異的高硅含量脆性硅鋼板材。該方法突破了高硅硅鋼板材無法通過軋壓加工處理的局限，具有重大的工業(yè)應(yīng)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(yōu)先權(quán)日2003年9月25日
發(fā)明者張聯(lián)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(xué)