專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種提高高硅電工鋼室溫塑性的熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于金屬材料熱處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是提供了一種提高高硅電工鋼室溫塑性的熱處理方法，主要適用于處理狗-6.5wt%Si高硅電工鋼。
背景技術(shù)：
：Fe-6.5wt%Si電工鋼(高硅電工鋼)具有高磁導(dǎo)率、低矯頑力、低鐵損等特點(diǎn)，是高性能發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、繼電器等的鐵芯關(guān)鍵材料，可顯著降低器件或設(shè)備的能源損耗和噪音污染，有利于設(shè)備或器件的小型化和輕量化[PhwayTPP,MosesAJ.Magnetostrictiontrendofnon-oriented6.5%Si_Fe.JournalofMagnetismandMagneticMaterials,2008,320(20):e611_e613]。然而，高硅電工鋼的室溫脆性大、加工性能差，很難采用常規(guī)塑性加工工藝生產(chǎn)滿足鐵芯使用所要求的薄板或帶材[KomatsubaraM,SadahiroK,Kondo0,etal.Newlydevelopedelectricalsteelforhigh-frequencyuse.JournalofMagnetismandMagneticMaterials,2002,242-245(PI):212-215]。熱處理作為材料制備加工過(guò)程中的重要工藝之一，主要通過(guò)控制金屬材料的組織形貌、相組成和分布等，可使材料在不改變樣品形狀和整體化學(xué)成分的前提下，獲得不同的使用性能。Fe-6.5wt%Si合金主要包括三種微結(jié)構(gòu)無(wú)序的BCC結(jié)構(gòu)、有序的B2和DO3結(jié)構(gòu)(其中DO3結(jié)構(gòu)的有序度大于B2結(jié)構(gòu))。合金有序度的大小與高硅電工鋼脆性有著直接的聯(lián)系，有序度越高脆性越大。相關(guān)研究表明，在一定的加熱和冷卻條件下，F(xiàn)e-Si合金有序-無(wú)序結(jié)構(gòu)之間將發(fā)生相互轉(zhuǎn)變。例如，Yu等研究BCC結(jié)構(gòu)到B2結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變時(shí)，發(fā)現(xiàn)對(duì)于Si含量小于5.87wt%的!^e-Si合金，通過(guò)熱處理可完全抑制B2結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)；而當(dāng)Si含量達(dá)到6.5wt%時(shí)，即便采用1000°C保溫24h后水淬的方法也無(wú)法抑制B2結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)[YuJH,ShinJS,BaeJS，etal.TheeffectofheattreatmentsandSicontentsonB2orderingreactioninhigh-siliconsteels.MaterialsScienceandEngineeringA,2001,307(1_2):29_34]。高硅電工鋼有序-無(wú)序結(jié)構(gòu)的變化將直接影響該合金的相關(guān)性能。例如，熱軋態(tài)Imm厚的高硅電工鋼板坯在850°C下保溫2.5h，經(jīng)鹽水冷卻后，合金的有序度降低，從而導(dǎo)致合金硬度的下降和塑性的提高[梁永鋒，林均品，葉豐，等.熱處理對(duì)！^-6.5wt%Si合金冷軋薄板組織及磁性能的影響.材料熱處理學(xué)報(bào)，2009，30(2):85-88，92]。Siin等的研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于Si含量為5.Owt9T6.0wt%的i^e-Si合金熱軋坯料，經(jīng)850°C保溫Ih油淬和冰鹽水淬處理后，塑性明顯提高，可實(shí)現(xiàn)多道次的冷軋(需進(jìn)行中等程度的裁邊處理)，但對(duì)于Si含量大于6.0wt%的熱軋坯料，經(jīng)相同熱處理后卻因大量裂紋的出現(xiàn)而無(wú)法冷軋[ShinJ,LeeZH,LeeTD,etal.Theeffectofcastingmethodandheattreatingconditiononcoldworkabilityofhigh-Sielectricalsteel.ScriptaMaterialia,2001,45(6):725-731]。綜上所述可知，通過(guò)熱處理可以改善高硅I^e-Si合金的塑性。但對(duì)于含Si量6.5wt%的高硅電工鋼，高溫淬火熱處理無(wú)法完全抑制B2有序結(jié)構(gòu)的形成，因而基于有序-無(wú)序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變控制的熱處理方法，在提高高硅電工鋼塑性方面的作用較小。此外，淬火后殘余的B2有序結(jié)構(gòu)，在后續(xù)熱處理或加工過(guò)程中易轉(zhuǎn)化為有序度更高的結(jié)構(gòu)。例如，Matsumura等研究表明，B2有序結(jié)構(gòu)和DO3有序結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)變與Si含量、保溫溫度和保溫時(shí)間有關(guān)，當(dāng)Si含量達(dá)到6.5wt%時(shí)，其臨界轉(zhuǎn)變溫度為585°C[MatsumuraS,TanakaY,KogaY,etal.Concurrentorderingandphaseseparationinthevicinityofthemetastablecriticalpointoforder_disordertransitioninFe-Sialloys.MaterialsScienceandEngineeringA,2001,312(1—2):284-292]。若后續(xù)熱處理或熱加工的溫度、時(shí)間等工藝參數(shù)選擇不當(dāng)，將進(jìn)一步惡化高硅電工鋼的塑性。另一方面，本發(fā)明人的最近研究結(jié)果表明，高硅電工鋼的宏觀脆性，不僅與合金中的有序、無(wú)序結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且與合金中析出相的形貌、分布，表面殘余應(yīng)力狀態(tài)等因素有關(guān)。現(xiàn)有的熱處理方法由于未考慮合金熱處理后的殘余應(yīng)力、析出相、后續(xù)熱處理或加工過(guò)程中有序結(jié)構(gòu)(B2)向更高程度有序結(jié)構(gòu)(DO3)的轉(zhuǎn)變等問(wèn)題，導(dǎo)致熱處理后高硅電工鋼的塑性提高程度有限。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是綜合考慮熱處理過(guò)程中有序度、析出相、殘余應(yīng)力等因素對(duì)Si含量為6.5wt%的高硅電工鋼室溫塑性的影響，提出一種包括加熱、保溫、冷卻和去應(yīng)力退火四個(gè)環(huán)節(jié)的熱處理綜合調(diào)控方法，以顯著改善高硅電工鋼的室溫塑性。一種提高高硅電工鋼室溫塑性的熱處理方法，該熱處理方法工藝流程如圖1所示，主要包括以下四個(gè)步驟A.將高硅電工鋼鑄坯以1525°C/min的速度加熱到90(Tl200°C；B.在90(Tl200°C下保溫0.254h；C.采用5(T400°C/s的冷卻速度冷卻到室溫；D.重新加熱至30(T50(rC保溫0.廣Ih后空冷。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明通過(guò)控制保溫溫度、保溫時(shí)間和淬火冷卻速率，使析出相形貌由針狀轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙钋覕?shù)量減少，在降低高硅電工鋼的有序度的同時(shí)，減小變形時(shí)的應(yīng)力集中，從而有效提高電工鋼的室溫塑性。(2)本發(fā)明通過(guò)控制退火處理溫度和保溫時(shí)間，使淬火處理后的高硅電工鋼在不發(fā)生明顯有序度和析出相恢復(fù)的前提下，減小其表面殘余拉應(yīng)力，從而進(jìn)一步提升高硅電工鋼的室溫塑性。(3)本發(fā)明通過(guò)選擇合理的加熱速率和保溫溫度以降低高硅電工鋼的氧化燒損率，可在大氣條件下直接進(jìn)行處理，無(wú)需真空或者惰性氣氛保護(hù)，從而大大降低了對(duì)工裝設(shè)備的要求，且提高了熱處理效率、降低了成本。圖1為本發(fā)明的熱處理方法工藝流程2為實(shí)施例1中試樣熱處理前后的三點(diǎn)彎曲力學(xué)性能圖3為實(shí)施例2中試樣熱處理前后以及去應(yīng)力退火后的三點(diǎn)彎曲力學(xué)性能具體實(shí)施例方式實(shí)施例1熱處理對(duì)柱狀晶高硅電工鋼鑄坯室溫彎曲力學(xué)性能的影響將定向凝固后的柱狀晶高硅電工鋼(Fe-6.52Si-0.05B)鑄坯線切割并打磨成2X5X35mm3的塊狀試樣，經(jīng)過(guò)15°C/min加熱到900°C后保溫lh，采用工程中常用油淬方式進(jìn)行冷卻。將淬火前后試樣進(jìn)行三點(diǎn)彎曲力學(xué)性能測(cè)試，實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)依照GB/T14452-93，所測(cè)量彎曲力學(xué)性能變化如圖2所示?？梢?jiàn)，試樣經(jīng)淬火后其最大彎曲應(yīng)力提高了45%，斷裂撓度提高了74%，彎曲斷裂能提高了200%，室溫塑性明顯提高。實(shí)施例2熱處理對(duì)等軸晶鑄態(tài)高硅電工鋼室溫彎曲力學(xué)性能的影響將真空熔煉制備的具有等軸晶組織的高硅電工鋼(Fe-6.47Si-0.01B)鑄坯線切割并打磨成2X5X35mm3的塊狀試樣，經(jīng)25°C/min加熱到1100°C后保溫lh，然后進(jìn)行油淬(冷卻速率74°C/s)，將冷卻后的試樣在400°C保溫IOmin條件下退火以降低淬火殘余應(yīng)力。將退火后的試樣進(jìn)行三點(diǎn)彎曲力學(xué)性能測(cè)試，實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)依照GB/T14452-93，所測(cè)量彎曲力學(xué)性能變化如圖3所示?？梢?jiàn)，油淬試樣的平均斷裂撓度為1.27mm，比鑄態(tài)的0.65mm提高了95%；去應(yīng)力退火后試樣的平均斷裂撓度為1.53mm,比鑄態(tài)的提高了135%，室溫塑性顯著提尚ο權(quán)利要求1.一種提高高硅電工鋼室溫塑性的熱處理方法，工藝流程包括加熱、保溫、冷卻和去應(yīng)力退火四個(gè)環(huán)節(jié)，具體特征在于A.將高硅電工鋼鑄坯以1525°C/min的速度加熱到90(Tl200°C；B.在90(Tl200°C下保溫0.254h；C.采用5(T400°C/s的冷卻速度冷卻到室溫；D.之后再加熱至30(T50(TC保溫0.廣Ih后空冷，進(jìn)行去應(yīng)力退火。全文摘要一種提高高硅電工鋼室溫塑性的熱處理方法，主要適用于處理Fe-6.5wt%Si高硅電工鋼，屬于金屬材料熱處理
技術(shù)領(lǐng)域：
。其主要工藝流程包括加熱、保溫、冷卻和去應(yīng)力退火四個(gè)環(huán)節(jié)，具體特征在于將高硅電工鋼鑄坯以15~25℃/min的速度加熱到900~1200℃；在900~1200℃下保溫0.25~4h；采用50~400℃/s的冷卻速度冷卻到室溫；之后再加熱至300~500℃保溫0.1~1h后空冷，進(jìn)行去應(yīng)力退火，其間綜合考慮了有序度、尤其是析出相和殘余應(yīng)力等因素對(duì)高硅電工鋼室溫塑性的影響。經(jīng)本發(fā)明所述方法處理后，高硅電工鋼鑄坯的室溫塑性顯著提高。文檔編號(hào)C21D1/30GK102382963SQ201110349449公開(kāi)日2012年3月21日申請(qǐng)日期2011年11月8日優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日發(fā)明者付華棟,張志豪,王文平,謝建新申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)