專(zhuān)利名稱：一種高硅鋼定向凝固板坯冷軋直接制備薄板方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了對(duì)于高性能低塑 性難加工合金高硅鋼的冷軋制備方法。
背景技術(shù)：
硅鋼是現(xiàn)今使用量最大的一類(lèi)軟磁合金。高硅鋼指的是硅含量高于
3.5% (重量比，下同)的硅鋼。隨著硅鋼中硅含量的增加，硅鋼的軟 磁性能大大提高，表現(xiàn)在電阻率升高，磁導(dǎo)率升高，磁晶各向異性常 數(shù)減小，磁致伸縮系數(shù)減小。因而可以降低使用當(dāng)中的鐵損和噪音， 減小能源損耗，因而高硅鋼受到了人們的極大關(guān)注。
但是，隨著硅含量的增加，特別是在硅含量高于3.5%之后，材料 變得既硬又脆，室溫下塑性基本為零，因而難以通過(guò)普通的熱軋-冷軋 方法制備該合金薄板。人們?cè)噲D采用特殊的制備手段得到該合金薄板。 其中一種就是利用化學(xué)氣象沉積(Chemical Vapor D印osition，簡(jiǎn)稱 CVD)方法，通過(guò)在普通硅鋼薄板表面滲硅，然后進(jìn)行均勻化熱處理， 得到高硅鋼。Y. Takada等在Journal of Applied Physics, 64(10): 5367-5369， 1988， Commercial scale production of Fe_6. 5wt. % Si sheet and its magnetic properties中對(duì)此方法有所報(bào)道。但該工藝 比較復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高，硅含量不均勻，所用原料SiCh對(duì)環(huán) 境有污染。除此之外，G. E. Fish等在Journal of Applied Physics, 64(10) : 5370， 1988， Frequency dependence of core loss in r即idly quenched Fe-6. 5wt. %Si中報(bào)道用快速凝固法制備該合金薄帶。其特
點(diǎn)是直接由液態(tài)合金甩帶，避開(kāi)其脆性區(qū)，直接得到薄而窄的合金薄 帶。缺點(diǎn)就是所得薄帶尺寸受限制，寬度和厚度非常小，因而不利于
大規(guī)模生產(chǎn)禾口應(yīng)用。R. Li等在Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 281: 135-139， 2004, Magnetic properties of high silicon iron sheet fabricated by direct powder rolling中報(bào)道， 利用粉末壓延法，制成高硅鋼薄板生坯，通過(guò)熱處理和冷軋結(jié)合的辦 法，得到平整致密的薄板。但制成的薄板性能上受限制。綜合這些特 殊的制備方法，不是需要特殊的設(shè)備，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，就是尺寸受限 制或者性能受限制，不適用于批量生產(chǎn)該合金薄板。
利用傳統(tǒng)的軋制方法生產(chǎn)此薄板具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。T. Ros-Yanez 等在 Journal of Materials Processing Technology, 143-144: 916—921， 2003， Production of high silicon steel for electrical application by thermomechanical processing中報(bào)道， 用傳統(tǒng)的熱軋-冷軋方法制備該合金。但冷軋之前，須調(diào)整軋制方向， 沿?zé)彳埛较蛐D(zhuǎn)90° ，即沿?zé)彳埌宓臋M向進(jìn)行冷軋，因而這種工藝也 不適合連續(xù)生產(chǎn)此合金。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明從制備源頭開(kāi)始控制，利用定向凝固方法，得到細(xì)長(zhǎng)的柱狀 晶凝固組織。而后通過(guò)控制軋制工藝，直接進(jìn)行冷軋，最終得到 0. 1-0. 5mm的高硅鋼薄板。由于通過(guò)軋制方法生產(chǎn)薄板，所得板材硅含 量均勻，表面質(zhì)量好。并且可以通過(guò)連續(xù)定向凝固實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。本 發(fā)明提供了一種有效的難變形合金的制備方法，并且由于省去了傳統(tǒng) 的熱軋加工工藝，因而縮短了加工工藝流程，具有廣闊的應(yīng)用前景。
本發(fā)明是在3.5-10%含硅量的高硅鋼中，加入100-5000ppm硼，采 用Bridgeman區(qū)域定向凝固設(shè)備，通過(guò)控制液相溫度梯度和凝固速率，
得到表面質(zhì)量良好的柱狀晶特征的定向凝固坯料，隨后對(duì)所述的定向 凝固坯料進(jìn)行冷軋，冷軋方向沿柱狀晶長(zhǎng)軸方向，冷軋軋制速度
20-120mm/s，道次壓下量20%-50%，經(jīng)過(guò)2-8道次反復(fù)軋制，得到 0.1-0. 5mm的冷軋薄板。 具體的工藝流程為
(1) 采用Bridgeman區(qū)域定向凝固設(shè)備，通過(guò)控制儀器加熱功率 和拉桿抽拉速度，控制熔融金屬液相溫度梯度和固相生長(zhǎng)速度，使熱 流沿單一方向流動(dòng)，得到沿同一方向生長(zhǎng)的柱狀晶凝固組織。實(shí)驗(yàn)中 加熱功率選擇11-13Kw，抽拉速度5-120 u m/s。原料采用①7mmX 100mm 的原料棒和純度為99%的氧化鋁坩堝。
(2) 線切割定向凝固所得圓棒，得到厚度為lmm，寬度7mm，長(zhǎng)度 30mm的方坯。用砂紙打磨方坯表面。
(2)對(duì)定向凝固坯料直接進(jìn)行冷軋。軋制速度20-120mm/s，道次 壓下量20%-50%，經(jīng)過(guò)2-8道次冷軋至0. 1-0. 5mm。冷軋薄板表面質(zhì)量 良好，具有金屬光澤。軋制后薄板晶粒進(jìn)一步拉長(zhǎng)。


圖1本發(fā)明采用的區(qū)域定向凝固設(shè)備，圖中1:真空室，2:高純 度氧化鋁坩堝，3:熔融金屬，4:加熱線圈，5:定向凝固板坯，6: 水冷銅底座，7:液態(tài)金屬，8:拉錠機(jī)構(gòu)
圖2定向凝固后坯料典型顯微組織
圖3冷軋后坯料形貌
圖4冷軋后薄板顯微組織
具體實(shí)施例方式
實(shí)施方式l:
(1)對(duì)于含硅3.5%,含硼100ppm的高硅鋼，如圖1所示。采用
Bridgeman區(qū)域定向凝固設(shè)備，加熱功率選擇llKw，抽拉速度5um/s，
得到良好的定向凝固坯料。
(2) 線切割定向凝固所得圓棒，得到厚度為lmm，寬度7mm，長(zhǎng)度 30mm的方坯。用砂紙打磨方坯表面。
(3) 用四輥冷軋機(jī)冷軋板坯，軋制速度20mm/s。第一道次壓下量 40%，坯料軋至0.6腿，第二道次壓下量30%，軋至0.42腿，第三至第 八道次壓下量20%,分別軋至0. 34mm， 0. 27mm， 0. 22咖，0. 17mm， 0. 14線 0. lmm。
實(shí)施方式2:
(1) 對(duì)于含硅5%，含硼1500ppm的高硅鋼，采用Bridgeman區(qū)域 定向凝固設(shè)備，如圖1所示。加熱功率選擇12Kw，抽拉速度60pm/s， 得到良好的定向凝固坯料。
(2) 線切割定向凝固所得圓棒，得到厚度為lmm，寬度7mm，長(zhǎng)度 30mm的方坯。用砂紙打磨方坯表面。
(3) 用四輥冷軋機(jī)冷軋板坯，軋制速度60mm/s。第一道次壓下量 40%，坯料軋至0.6腿，第二道次壓下量30%，軋至0.42mm，第三道次 壓下量30%，軋至0. 3mm，第四至第六道次壓下量20%，分別軋至0. 24mm， 0. 19跳0. 15咖。
實(shí)施方式3:
(1) 對(duì)于含硅6. 5%，含硼3000ppm的高硅鋼，采用Bridgeman區(qū) 域定向凝固設(shè)備，如圖1所示。加熱功率選擇12Kw，抽拉速度60u m/s， 得到良好的定向凝固坯料，坯料顯微組織如圖2所示。
(2) 線切割定向凝固所得圓棒，得到厚度為lmm，寬度7腿，長(zhǎng)度 30mm的方坯。用砂紙打磨方坯表面。
(3) 用四輥冷軋機(jī)冷軋板坯，軋制速度100mm/s。第一道次壓下
量50%，坯料軋至0. 5mm，第二道次壓下量20%，軋至0. 4mm，薄板外 觀如圖3所示，軋后顯微組織如圖4所示。
實(shí)施方式4:
(1) 對(duì)于含硅10%，含硼5000ppm的高硅鋼，采用Bridgeman區(qū) 域定向凝固設(shè)備，如圖1所示。加熱功率選擇13Kw，抽拉速度120 " m/s， 得到良好的定向凝固坯料。
(2) 線切割定向凝固所得圓棒，得到厚度為1.2iran，寬度7mm，長(zhǎng) 度30咖的方坯。用砂紙打磨方坯表面。
(3) 用四輥冷軋機(jī)冷軋板坯，軋制速度120mm/s。第一道次壓下 量50%，坯料軋至0.6mm。第二道次壓下量20%，軋至0. 5mm。
權(quán)利要求
1.一種高硅鋼定向凝固板坯冷軋直接制備薄板方法，其特征是，在3.5-10％含硅量的高硅鋼中，加入100-5000ppm硼，采用Bridgeman區(qū)域定向凝固設(shè)備，通過(guò)控制液相溫度梯度和凝固速率，得到柱狀晶組織，隨后對(duì)所述的定向凝固坯料進(jìn)行冷軋，冷軋方向沿柱狀晶長(zhǎng)軸方向，冷軋軋制速度20-120mm/s，道次壓下量20％-50％，經(jīng)過(guò)2-8道次反復(fù)軋制，得到0.1-0.5mm的冷軋薄板。
全文摘要
一種高硅鋼定向凝固板坯冷軋直接制備薄板方法，屬于金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域。其特點(diǎn)在于從凝固開(kāi)始控制其組織，得到細(xì)長(zhǎng)的柱狀晶，而后直接進(jìn)行冷軋。原料包含的各個(gè)成分及其重量百分比為3.5-10％硅，100-5000ppm硼，雜質(zhì)C和/或Mn和/或S和/或P和/或Ni/和/或Al含量小于0.2％，其余為鐵。其制備方法是采用Bridgeman區(qū)域定向凝固設(shè)備，通過(guò)控制液相溫度梯度和凝固速率，得到柱狀晶組織。隨后對(duì)定向凝固坯料進(jìn)行冷軋，軋制速度20-120mm/s，道次壓下量20％-50％，經(jīng)過(guò)2-8道次反復(fù)軋制，得到0.1-0.5mm該合金薄板。本方法提供了一種有效的難變形合金的制備方法，并且由于省去了傳統(tǒng)的熱軋加工工藝，因而縮短了加工工藝流程，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B21B37/46GK101352725SQ200810119299
公開(kāi)日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2008年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月2日
發(fā)明者豐 葉, 張來(lái)啟, 志 林, 林均品, 梁永鋒, 王艷麗, 鄭澤林, 陳國(guó)良 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)