一种利用柱状晶制备高磁感无取向电工钢的方法技术

本发明专利技术提供一种利用柱状晶制备高磁感无取向电工钢的方法，属于金属材料制备技术领域。本发明专利技术以含有Si为6.0％～6.5％，余量为Fe和不可避免杂质的硅钢铸锭(截取柱状晶部分)为原料，沿着柱状晶的法向进行热轧、酸洗、温轧、中间退火、冷轧以及最终退火制备无取向硅钢，热轧前板坯具有<001>择优取向的柱状晶组织，通过利用{100}织构的遗传性制备高磁感无取向硅钢。这种无取向电工钢板可用作电动机、发电机、小型变压器以及稳压器等电气设备的铁芯。

【技术实现步骤摘要】
一种利用柱状晶制备高磁感无取向电工钢的方法
本专利技术属于金属材料制备
，涉及一种利用柱状晶制备高磁感无取向电工钢的方法。技术背景硅含量与硅钢性能密切相关，随硅含量的提高，硅钢硬脆严重，轧制成形困难。高硅钢一般是指硅含量介于4.0~6.5wt%的娃钢。6.5wt%Si高硅钢是一种具有高电阻率，低磁致伸缩以及低磁晶各向异性等优异磁性能的软磁材料，是在中高频下使用，实现低能耗、小型化和高速化的电器铁芯材料。织构是影响硅钢磁性能的一个主要因素，有利的织构特征是制造优良性能高硅钢产品的重要条件。虽然高硅钢的磁各向异性在减小，例如其饱和磁感值只有Bs=1.80T(3%Si硅钢则为Bs=2.03T)，但已有数据表明，织构的优化仍可以提高磁感，{100}<021>织构应与初始立方织构有关，而{210}<001>织构应与{111}<112>形变晶粒内的剪切带形核有关。提高{100}及{110}或至少减弱{111}取向晶粒的比例，制备出有织构的新型无取向高硅钢。柱状晶由于其具有晶粒形状各向异性、晶体学各向异性以及晶粒尺寸粗大等特点，这些特点将对后续轧制及退火工艺下的组织、织构及性能产生显著的影响，从而影响成品的性能。专利(CN201310024906)将柱状晶钨材料应用于抗辐射起泡当中，充分利用了柱状晶垂直于表面排列的结构，使得氢、氦可以沿着垂直于表面的晶界快速扩散；专利(CN201310533010.)、(CN201010588872.6)以及(CN201010588874.5)通过利用定向凝固的方法获得柱状晶板坯，沿着柱状晶生长方向进行轧制，最终获得沿轧向强烈的<001>织构，制备取向磁致伸缩薄板。虽然有关柱状晶的的应用较多，但通过利用柱状晶沿其法向轧制制备高磁感无取向硅钢还鲜有人研究。
技术实现思路
本专利技术提供了一种高磁感无取向高硅钢的制造方法，通过对含柱状晶高硅钢热轧、温轧、冷轧及退火，利用{100}织构的遗传性，制备低铁损、高磁感无取向电工钢。该方法是一种在确保成形性的同时优化织构的无取向高硅钢的制造方法。一种利用柱状晶制备高磁感无取向高硅钢的方法，其特征是将硅含量为6.0％~6.5％的方锭截取柱状晶部分，沿着柱状晶的法向进行热轧、酸洗、温轧、中间退火、冷轧以及最终退火制备无取向硅钢，热轧前板坯具有<001>择优取向的柱状晶组织，通过利用{100}织构的遗传性制备高磁感无取向硅钢。所述的热轧温度控制在1100℃~1250℃，在此温度范围内进行多道次小变形量的轧制，每一道次压下量控制在10％~25％，热轧总压下率控制在40％~90％。所述的温轧温度为750℃~650℃，温轧压下率控制在30％~90％。所述的中间退火温度为800℃~950℃。所述的冷轧步骤中需要带温冷轧，冷轧温度为200℃~300℃，反复冷轧，最终厚度为0.23~0.5mm之间。所述的最终退火温度为900℃~1200℃，成品板织构以{100}织构为主。本专利技术通过利用柱状晶中{100}织构的遗传性，优化轧制工艺实现无取向高硅钢的冷轧成形和织构优化的方法。原理如下：(1)热轧：依据{100}取向晶粒在平面应变压缩下稳定且不易再结晶而选择避免热轧剪切变形保留{100}织构的学术思想，可以采用低温润滑轧制。低温轧制可实现表层{100}织构的有效保留。(2)温轧：高硅钢的温轧阶段较长，形变储能低，需严格控制压下率，有效削弱非{111}织构。(3)中间退火：中间退火温度与时间匹配，旨在使温轧板发生再结晶，均匀温轧板组织及其形态特征，进而优化成品退火后的再结晶织构。对于无取向高硅钢，不利于磁性能的织构(<111>∥ND)，主要在晶界区域形核，有利于磁性能的织构{100}则依靠应变诱导晶界迁移(SIBM)机制形核。中间退火后再结晶体积分数应高于80％，不足则会使织构优先形核。(4)冷轧：冷轧工艺的选择一方面要满足成形性的需要，另一方面要严格控制{111}织构的比例。对于高硅钢，有序结构的存在会造成轧制开裂等问题，因此冷轧需带温轧制。冷轧压下率过高会形成强g织构，显著影响成品板的磁性能。(5)成品退火：成品退火的温度与时间的搭配，旨在控制成品板晶粒尺寸与织构，制备低铁损、高磁感的无取向高硅钢。本专利技术制造方法适用的高硅钢化学成分按质量百分比为:Si：6.0~6.5wt%，Mn：0.05~0.1wt％，P：0.005~0.0l3wt%，C：<0.01wt%，S：<0.01wt%，其余为Fe及不可避免的杂质。成分限定的理由如下：Si：Si质量百分含量的范围为6.0~6.5wt%。Si是提高电阻率进而降低涡流损耗乃至总铁损的有效元素，故以接近普通硅钢最高硅含量的6.0wt%作为下限；另一方面，如硅含量超过6.5wt%，矫顽力提高、饱和磁感应强度和最大磁导率降低，同时加工性显著恶化。Mn：Mn质量百分含量的范围为0.05~0.1wt%。Mn是提高热轧性能的必要元素，含量低于0.05wt%改善效果不足。P：P质量百分含量的范围为0.005~0.0l3wt%。P是提高冲片加工性的必要元素，低于0.005wt%达不到效果，超过0.1wt%导致冷加工性恶化。C：C质量百分含量的范围为<0.0lwt％，C是对磁性能有害的元素，超过0.01wt%，需进行脱碳退火且脱碳时间过长，降低生产效率。S：S质量百分含量的范围为<0.01wt%。S是对磁性有害的MnS等非金属相的形成元素，含量应低于0.01wt%。本专利技术制备的高硅钢具有低铁损、高磁导率、低噪音的软磁性能。其作为电力电子工业中广泛应用的软磁合金，适用于制作发电机、电动机、变压器及其它仪器的铁芯，能满足电力电子设备的高效、节能以及小型化、高频化的要求。附图说明图1柱状晶宏观组织；图2实施例5成品板45°ODF图。具体实施方式实施例1(1)原料准备：母钢锭的硅含量为6.5％，截取柱状晶部分厚度为20mm，柱状晶宏观组织如图1所示；(2)热轧：热轧开轧温度为1100℃，终轧温度为800℃，润滑轧制，最终板坯轧至2mm，热轧总压下率分别为90％；(3)温轧：温轧开轧温度650℃，终轧温度450℃，经过多道轧制，最终厚度0.6mm；(4)中间退火：850℃保温40min，油冷；(5)冷轧：将热处理后的温轧板酸洗，然后经过多道次轧制0.27mm；(6)最终退火：将冷轧板在1000°C下退火，退火气氛为纯氢气氛。实施例2(1)原料准备：母钢锭的硅含量为6.5％，截取柱状晶部分厚度为8mm；(2)热轧：热轧采用低温轧制，开轧温度为1100℃，终轧温度为800℃，润滑轧制，最终板坯轧至2mm，热轧总压下率分别75％；(3)温轧：热轧板经过酸洗后进行温轧至0.6mm；(4)中间退火：850℃保温40min，油冷；(5)冷轧：将热处理后的温轧板酸洗，然后经过多道次轧制0.27mm；(6)最终退火：将冷轧板在1000°C下退火，退火气氛为纯氢气氛。实施例3原料准备：母钢锭的硅含量为6.5％，截取柱状晶部分厚度为5mm；热轧：板坯加热至1100℃，保温40min，热轧在800℃~1100℃进行，润滑轧制，最终板坯轧至2mm，热轧总压下率为60％；温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用柱状晶制备高磁感无取向高硅钢的方法，其特征是将硅含量为6.0％~6.5％的方锭截取柱状晶部分，沿着柱状晶的法向进行热轧、酸洗、温轧、中间退火、冷轧以及最终退火制备无取向硅钢，热轧前板坯具有<001>择优取向的柱状晶组织，通过利用{100}织构的遗传性制备高磁感无取向硅钢。

【技术特征摘要】
1.一种利用柱状晶制备高磁感无取向高硅钢的方法，其特征是将硅含量为6.0％～6.5％的方锭截取柱状晶部分，沿着柱状晶的法向进行热轧、酸洗、温轧、中间退火、冷轧以及最终退火制备无取向硅钢。热轧前板坯具有<001>择优取向的柱状晶组织，通过利用{100}织构的遗传性制备高磁感无取向高硅钢。所述的热轧温度控制在1100℃～1250℃，在此温度范围内进行多道次小变形量的轧制，每一道次压下量控制在10％～25％，热轧总压下率控制在40％～90％，热轧采用润滑轧制。所述的温轧温度为7...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁瑞洋，杨平，毛卫民，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11