專利名稱：一種高硅電工鋼帶材中低溫軋制制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高硅電工鋼帶材的制備方法，屬于金屬材料制備加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種高性能低塑性難加工合金帶材的中低溫制備加工工藝。
背景技術(shù)：
電工鋼作為電力、通訊及國(guó)防軍工領(lǐng)域的關(guān)鍵軟磁材料，廣泛應(yīng)用于各種電機(jī)、變壓器等部件的鐵芯，約占磁性材料總量的90°/Γ95%。高硅電工鋼(含6. 5wt%Si )與目前規(guī)?；瘧?yīng)用的普通電工鋼(含3 4. 2wt%Si)相比，工作時(shí)噪音小、鐵損低、能耗小，因而在高頻變壓器、 節(jié)能電機(jī)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但隨著硅含量的增加，電工鋼的脆性急劇增加，當(dāng)硅含量超過(guò)4. 5wt%后很難采用常規(guī)的鑄-軋工藝制備薄帶，很大程度上限制了高硅電工鋼的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)高硅電工鋼的制備方法主要有化學(xué)氣相沉積法(CVD法)[Takada Y，Abe M，Masuda S，et al. Commercial scale production of Fe-6. 5wt. %Si sheet and magnetic properties. Journal of Applied Physics，1988，64( 10):5367_5369]、快速凝固法[Arai K I,Tsuya N,Ohmori K,et al. Rapidly quenched ribbon-form silicon-iron alloy with high silicon concentration. Journal of Magnetism and Magnetic Materials，1980，15-18 :1425-1426]、噴射成形法[Bolfarini CiSilva M C AiJorge Jr A M，et al. Magnetic properties of spray-formed Fe-6. 5%Si and Fe-6. 5%Si-l. 0%A1 after rolling and heat treatment. Journal of Magnetism and Magnetic Materials， 2008，320 :e653-e656]等。上述方法中僅有CVD法實(shí)現(xiàn)了高硅電工鋼帶材的工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，但仍存在工藝流程長(zhǎng)、環(huán)境負(fù)荷大、生產(chǎn)效率低、成本高等問(wèn)題。與CVD法、快速凝固法、噴射成型法等方法相比，傳統(tǒng)鑄-乳法具有工藝簡(jiǎn)單、成本較低、耗能小等優(yōu)點(diǎn)，因此，通過(guò)組織結(jié)構(gòu)和工藝調(diào)控實(shí)現(xiàn)高硅電工鋼薄帶的乳制生產(chǎn)仍然是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。例如，林均品等人發(fā)明了以熱乳-溫乳-冷乳三乳法為基礎(chǔ)的逐步增塑法將真空感應(yīng)熔煉的高硅電工鋼首先熱鍛成厚度l(T20mm板坯，然后通過(guò)控制熱軋、控制溫軋、控制冷軋等工序結(jié)合軋制過(guò)程中多次熱處理，制備了厚度為0. 05mm的高硅電工鋼帶材[林均品，葉豐，陳國(guó)良，等.6. 5wt%Si高硅鋼冷軋薄板制備工藝、結(jié)構(gòu)和性能.前沿科學(xué)，2007 (2) :13-26]，該方法以傳統(tǒng)的三軋法為基礎(chǔ)，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)。但逐步增塑法工藝流程繁瑣，主要表現(xiàn)在溫軋和冷軋過(guò)程中每次軋制后均需進(jìn)行熱處理，而且由于溫軋和冷軋過(guò)程中邊裂嚴(yán)重，每道次均需裁邊處理，因此生產(chǎn)效率和成材率均很低。謝建新等人發(fā)明了一種基于中溫包套軋制技術(shù)的高硅電工鋼帶材制備加工方法， 實(shí)現(xiàn)了厚度0. 20mm以下高硅電工鋼帶材的制備，而且所制備合金帶材表面光亮，組織均勻，軋制成材率可達(dá)95%以上[謝建新，付華棟，張志豪，等.一種高硅電工鋼薄帶的短流程高效制備方法.專利號(hào)ZL 2010 I 0195520. 4，授權(quán)日2011年08月10日]。但中溫包套軋制技術(shù)在制備過(guò)程中存在包套材料的浪費(fèi)、增加了包套及去除包套工序等問(wèn)題。林均品等人發(fā)明了一種對(duì)定向凝固板坯直接進(jìn)行熱軋、溫軋和冷軋加工以制備高硅電工鋼帶材的方法[林均品，房現(xiàn)石，梁永鋒，等.一種取向高硅鋼薄板的制備方法.申請(qǐng)?zhí)?01010588874. 5，申請(qǐng)日2010年12月15日]。但該方法采用的熱軋工序會(huì)破壞定向凝固的柱狀晶組織，不利于合金進(jìn)行后續(xù)低溫軋制。在此基礎(chǔ)上，林均品等人又發(fā)明了一種對(duì)定向凝固板坯直接進(jìn)行20(T950°C低溫軋制，然后進(jìn)行冷軋，以制備取向高硅電工鋼鋼冷軋薄板的方法[林均品，房現(xiàn)石，鄧云生，等.利用定向凝固板坯制備取向高硅鋼冷軋薄板的方法.申請(qǐng)?zhí)?201010588872. 6，申請(qǐng)日2010年12月15日]。該方法利用了柱狀晶組織可提高塑性變形性能，以及具有高取向性等特點(diǎn)，但由于僅依靠柱狀晶組織提高高硅電工鋼的塑性，其作用較為有限，且在低溫條件下合金的變形抗力大、塑性較低，因而該方法對(duì)軋制設(shè)備要求高、能耗大，尤其是帶材成材率較低。綜上所述，現(xiàn)有的高硅電工鋼帶材軋制成形技術(shù)存在生產(chǎn)流程長(zhǎng)、工藝復(fù)雜、能耗大、成材率低等問(wèn)題，不利于高硅電工鋼帶材的低成本、高效率、規(guī)模化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的高硅電工鋼帶材軋制成形技術(shù)存在生產(chǎn)流程長(zhǎng)、工藝復(fù)雜、能耗大、成材率低，不利于高硅電工鋼帶材的低成本、高效率、規(guī)?；a(chǎn)等問(wèn)題；在充分利用定向凝固柱狀晶組織高硅電工鋼的塑性加工性能較普通等軸多晶高硅電工鋼明顯提高這一特性的基礎(chǔ)上，采用特殊的軋前熱處理方法，進(jìn)一步提升合金的塑性變形性能，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)需熱軋和中間退火的高硅電工鋼帶材中低溫軋制。一種高硅電工鋼帶材中低溫軋制制備方法，其特征在于工藝流程為采用定向凝固法制備具有強(qiáng)〈100〉取向的柱狀晶棒坯或板坯；經(jīng)過(guò)軋前熱處理后進(jìn)行溫軋；酸洗烘干后進(jìn)行冷軋得到光亮的高硅電工鋼帶材；具體工藝步驟為主要包括以下幾個(gè)步驟
(1)定向凝固采用區(qū)域熔化定向凝固方法，將真空熔煉的Fe-(5 7)wt%Si合金鑄坯制備成具有強(qiáng)〈100〉取向的柱狀晶棒坯或板坯；
(2)軋前熱處理將步驟(I)中制備的柱狀晶高硅電工鋼坯料以15 25°C/min的速度加熱到90(Tl200°C并保溫O. 25 4h，然后采用5(T400°C /s的冷卻速度進(jìn)行淬火處理，以降低高硅電工鋼的有序度、提高其塑性；將淬火坯料在30(T50(TC下保溫O. f Ih后空冷，進(jìn)行去應(yīng)力退火，以降低高硅電工鋼表面拉應(yīng)力，進(jìn)一步提高其塑性加工性能；
(3)中溫軋制將步驟(2)處理后的高硅電工鋼坯料在30(T50(TC保溫l(T20min后進(jìn)行軋制，軋板速度為5 20m/min ;嚴(yán)格控制合金道次變形量為5°/Γ20%，軋制最終厚度為f3mm ； 軋后空冷，然后進(jìn)行酸洗去除軋板表面氧化皮后烘干；
(4)室溫軋制將步驟(3)制備的溫軋板坯在室溫下進(jìn)行反復(fù)軋制，第一道次變形量為 20%飛0%，其余道次變形量控制在5°/Γ20%，最終軋制成厚度O. 30mm以下、表面光亮、板型良好、邊裂少、成材率高的冷軋帶材。本發(fā)明開發(fā)了一種高硅電工鋼高成材率、無(wú)需熱軋和中間退火的短流程高效軋制成形技術(shù)，其特點(diǎn)表現(xiàn)在定向凝固法制備的柱狀晶高硅電工鋼組織致密、取向度高、沿柱狀晶生長(zhǎng)方向具有良好的變形性能；采用綜合考慮了析出相、有序度和殘余應(yīng)力等影響的軋前熱處理方法，可有效改善合金的組織結(jié)構(gòu)、析出相形態(tài)與分布、坯料表面應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)而顯著提高合金的塑性變形性能；利用高硅電工鋼的形變軟韌化特性，合理控制中溫軋制工藝可減少軋制邊裂，提高加工效率和成材率；對(duì)中溫軋制后合金進(jìn)行室溫軋制，既可以控制合金形成更強(qiáng)的軋制織構(gòu)，又可以精確控制高硅電工鋼帶材的板型和表面質(zhì)量。采用本發(fā)明工藝可在無(wú)熱軋和中間退火的條件下制備厚度O. 30mm以下的高硅電工鋼帶材。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
(I)本發(fā)明方法將組織結(jié)構(gòu)調(diào)控和軋制工藝調(diào)控相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了高硅電工鋼的中溫-室溫高效軋制
本發(fā)明以具有較好變形性能的柱狀晶高硅電工鋼為坯料，對(duì)其進(jìn)行特殊軋前熱處理， 以顯著提高其中溫和室溫塑性加工性能。所采用的軋前熱處理方法可綜合調(diào)控有序度、析出相、殘余應(yīng)力等影響高硅電工鋼塑性的因素。經(jīng)特殊軋前熱處理后合金的三點(diǎn)彎曲斷裂撓度可提高約150%。相同軋制變形條件(變形溫度400°C、變形量38%)下，經(jīng)本發(fā)明的軋前熱處理后，高硅電工鋼的軋制加工性能顯著提高。此外，根據(jù)高硅電工鋼的形變軟韌化特性，本發(fā)明嚴(yán)格控制中溫軋制工藝制度，以改善高硅電工鋼的冷軋變形性能，提高合金冷軋程度、減少邊裂等缺陷。(2)采用本發(fā)明方法制備高硅電工鋼帶材，無(wú)需進(jìn)行熱軋，且在整個(gè)中溫-室溫軋制過(guò)程中無(wú)需中間退火，工藝流程短、生產(chǎn)效率高
本發(fā)明采用“定向凝固+軋前熱處理+中溫軋制+室溫軋制”新工藝，成功地軋制出厚度為O. 30mm以下的高硅電工鋼帶材，整個(gè)軋制過(guò)程無(wú)需中間退火，工藝流程短、生產(chǎn)效率高；制備的高硅電工鋼帶材表面光亮，板型良好。由于實(shí)現(xiàn)了無(wú)中間退火的大變形溫軋和冷軋，變形儲(chǔ)能大有望通過(guò)后續(xù)特殊再結(jié)晶處理，制備高性能取向電工鋼。(3)采用本發(fā)明方法制備高硅電工鋼帶材，軋制過(guò)程邊裂少，成材率高
本發(fā)明采用區(qū)域熔化定向凝固方法有利于合金制備過(guò)程中氣體和夾雜的排出，實(shí)現(xiàn)純凈化，通過(guò)合理控制定向凝固工藝可獲得組織致密、取向度高、沿晶粒生長(zhǎng)方向變形性能較好的合金坯料；對(duì)定向凝固坯料進(jìn)行軋前熱處理可改善合金的組織結(jié)構(gòu)、析出相形態(tài)與分布、坯料表面應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)而顯著提高合金的塑性變形性能。上述兩個(gè)方面的作用可提高高硅電工鋼的中溫和室溫軋制變形性能，減少軋制邊裂，提高合金軋制加工效率和成材率。所制備的高硅電工鋼帶材的綜合成材率可達(dá)80%以上。


圖I為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :定向凝固棒坯線切割成板坯經(jīng)熱處理后軋制
(O定向凝固采用區(qū)域熔化定向凝固方法，將真空熔煉的Fe-6. 5Si-0. OlB合金鑄坯制備成具有強(qiáng)〈100〉取向的柱狀晶組織、直徑30mm的柱狀晶棒坯。(2)軋前熱處理將定向凝固的棒坯以15°C /min的速度加熱到900°C保溫Ih后油淬至室溫，冷卻速度約200°C /s ;將淬火坯料在300°C下保溫IOmin后空冷，進(jìn)行去應(yīng)力退火；
(3)中溫軋制軋前熱處理后的高硅電工鋼坯料在400°C保溫20min后進(jìn)行軋制，軋制速度為20m/min ;嚴(yán)格控制合金的道次變形量為5°/Γ20%，中溫軋制板材的最終厚度為Imm ； 軋后空冷，對(duì)溫軋板材進(jìn)行酸洗去除表面氧化皮后烘干；
(4)室溫軋制將溫軋板材在室溫下進(jìn)行反復(fù)軋制，第一道次變形量為40%，其余道次變形量控制在5°/Γ20%，最終軋制成厚度O. 12mm的冷軋帶材，帶材表面光亮，板型良好，邊裂較少，成材率達(dá)88%。實(shí)施例2 :定向凝固板坯經(jīng)處理后軋制
(O定向凝固采用區(qū)域熔化定向凝固方法，將真空熔煉的Fe-6. 5Si合金鑄坯制備成具有強(qiáng)〈100〉取向的柱狀晶組織、寬24mm、厚12mm的柱狀晶板坯。(2)軋前熱處理將定向凝固板坯以15°C /min的速度加熱到1000°C保溫Ih后油淬至室溫，冷卻速度約200°C /s，將淬火坯料在350°C下保溫15min后空冷，進(jìn)行去應(yīng)力退火；
(3)中溫軋制軋前熱處理后的高硅電工鋼坯料在450°C保溫20min后進(jìn)行軋制，軋制速度為20m/min ;嚴(yán)格控制合金的道次變形量為5°/Γ20%，中溫軋制板材的最終厚度為2mm ； 軋后空冷，對(duì)溫軋板材進(jìn)行酸洗去除表面氧化皮后烘干；
(4)室溫軋制將溫軋板材在室溫下進(jìn)行反復(fù)軋制，第一道次變形量為50%，其余道次變形量控制在5°/Γ20%，最終軋制成厚度O. 25mm的冷軋帶材，帶材表面光亮，板型良好，邊裂較少，成材率達(dá)84%以上。
權(quán)利要求
1.一種高硅電工鋼帶材中低溫軋制制備方法，其特征在于工藝流程為采用定向凝固法制備具有強(qiáng)〈100〉取向的柱狀晶棒坯或板坯；經(jīng)過(guò)軋前熱處理后進(jìn)行溫軋；酸洗烘干后進(jìn)行冷軋得到光亮的高硅電工鋼帶材；具體工藝步驟為(1)定向凝固采用區(qū)域熔化定向凝固方法，將真空熔煉的Fe-(5 7)wt%Si合金鑄坯制備成具有強(qiáng)〈100〉取向的柱狀晶棒坯或板坯；(2)軋前熱處理將步驟(I)中制備的柱狀晶高硅電工鋼坯料以15 25°C/min的速度加熱到90(Tl200°C并保溫O. 25 4h，然后采用5(T400°C /s的冷卻速度淬火；將淬火坯料在 30(Γ500 下保溫O. f Ih后空冷，進(jìn)行去應(yīng)力退火，以降低高硅電工鋼表面拉應(yīng)力，進(jìn)一步提高其塑性加工性能；(3)中溫軋制將步驟(2)處理后的高硅電工鋼坯料在30(T50(TC保溫l(T20min后進(jìn)行軋制，軋制速度為5 20m/min ;嚴(yán)格控制合金道次變形量為.5°/Γ20%，軋板最終厚度為f3mm ； 軋后空冷，對(duì)溫軋板坯進(jìn)行酸洗去除表面氧化皮后烘干；(4)室溫軋制將步驟(3)制備的溫軋板坯在室溫下進(jìn)行反復(fù)軋制，第一道次變形量為 20%飛0%，其余道次變形量控制在5°/Γ20%，最終軋制成厚度O. 30mm以下、表面光亮、板型良好、邊裂少、成材率高的冷軋帶材。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高硅電工鋼帶材的制備方法，屬于金屬材料制備加工技術(shù)領(lǐng)域。其特征是以定向凝固法制備的強(qiáng)取向柱狀晶組織高硅電工鋼棒坯或板坯為坯料；采用加熱+淬火+去應(yīng)力退火工藝對(duì)棒坯或板坯進(jìn)行軋前熱處理；將熱處理后的坯料在300~500℃保溫10~20min，出爐后中溫軋制至厚度1~3mm；溫軋板坯經(jīng)酸洗烘干后進(jìn)行室溫冷軋并嚴(yán)格控制道次變形量，反復(fù)軋制到厚度0.30mm以下從而獲得冷軋帶材。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用“定向凝固+軋前熱處理+中溫軋制+室溫軋制”的新工藝制備高硅電工鋼帶材無(wú)需中間退火，工藝流程短、生產(chǎn)效率高；所制備的高硅電工鋼帶材表面光亮，板型良好、邊裂少、成材率高。
文檔編號(hào)C21D8/02GK102605153SQ201210082910
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者付華棟, 張志豪, 謝建新 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)