[发明专利]一种高硅钢板的短流程生产工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属材料制备领域，涉及了一种高硅钢板的短流程制备工艺。

背景技术

硅钢片又称矽钢片，是一种含碳极低的硅铁软磁合金，一般含硅量0.5-4.5％。主要用来制作各种变压器、电动机和发电机的铁芯，是电力、电子和军事工业中不可或缺的重要软磁性合金材料。

高硅钢一般是指硅含量超过3.5％的硅钢。随着硅含量的增加，硅钢片的电阻率和磁导率增加，矫顽力和磁晶各向异性性能降低，涡流损失减小，从而在较高频率下表现出优良的磁性。Schulze等于1928年发现Fe-6.5％Si合金的磁致伸缩常数(λs)接近于零。Ruder等人发现，与Fe-3.5％Si合金相比，Fe-6.5％Si合金的磁晶各向异性常数(KI)和磁致伸缩常数(λs)更低，电阻率ρ更高，所以铁损P更低。因此，与普通硅钢相比，高硅钢具有更优异的磁性能，可以得到更低的铁损，对节约能源，降低噪音有着很重要的作用。

对于Fe-Si合金，随着Si含量的增加，尤其当Si含量超过5％以后，合金变得既硬又脆，使加工性能急剧恶化。但由于高硅钢材料优异的磁学性能和广泛的应用前景，又吸引着人们进行大量的研究和开发工作。传统的高硅钢制备方法主要是热轧-冷轧或者热轧-温轧-冷轧方法(三轧法)制备高硅钢薄带，主要原理是在激烈调整原子有序排列的温度区间以大于总轧制量75％的中间温轧可以破坏有序排列和改善塑性，但用这种方法获得6.5％Si高硅钢所实施的附加处理使工艺过程相当复杂。日本钢管公司于1988年开发出了利用轧制技术对6.5％Si无取向高硅钢片进行工业规模生产，但其后续报道很少。

近年来，由于快速凝固技术的发展，利用快速凝固方法制备高硅钢合金薄板成为了可能。基于这一思路的方法有：急冷制带法和喷射成型法。前者主要是通过急冷工艺生产出厚度为0.03～0.1mm的6.5％Si高硅钢薄带，其晶粒非常细小，但是这种方式生产的薄带长度和宽度有限，而且板形控制困难。喷射成形工艺是涉及粉末冶金、液态金属雾化、快速冷却和非平衡凝固等多领域的新型材料制备技术，是具有通用性和产品多样性的柔性制造系统，其产品的厚度不受限制，形状也容易控制，但是其工艺过程相对复杂，难度较大。

迄今为止制备Fe-Si基合金最为突出和成功的工艺是CVD工艺，原理是利用传统的取向和无取向硅钢片的表面和硅化物之间的高温化学反应使Si富集在硅钢片上。这种方法既能制取高硅钢也能制取“梯度”钢，并且能够获得晶粒度可以控制的各向异性和各向同性的材料。日本钢管公司已经成功利用此方法生产了不同厚度的Fe-6.5％Si合金钢板。但是，这种方法的生产周期较长，成本较高，原料中的SiCl4容易造成环境污染。

综上所述，目前制备高硅钢板的思路主要是通过急冷凝固的方法或者高温下化学反应的方法，其生产难度相对于普通碳钢的生产而言都比较大。尽管高硅钢片的脆性问题依旧存在，但其制备工艺还是得到了长足的发展，高硅钢片尤其是6.5％Si钢的应用范围也在逐步扩大。

发明内容

本发明公开了一种高硅钢板的短流程生产工艺，对于硅含量在3.5％-7％的高硅钢，以离心铸造的复合管坯为原料，采用热塑性变形与冷轧相结合的办法，生产厚度0.1～1mm的硅钢板。这种方法只需要在普通的热轧、冷轧设备上即可以实现，不需要进行现有设备的大规模改造。其主要过程为：以三层不同硅含量的硅钢复合管坯为原材料，其中中间一层的硅含量高于内外层；沿轴向将其剖分成多个截面为扇形的部分；然后对切割后的复合坯料沿轴向进行较大变形量的热轧，中间一层由于硅含量高而塑性差，在轧制中碎化，并且由于变形量大和热扩散作用，使复合坯料中硅元素最终分布均匀；最后再由冷轧工艺提高板材表面质量和尺寸精度。

其具体的工艺流程为：

其具体包括下列步骤：

1、原材料选择。本方法选用的坯料为离心浇铸方法生产的三层复合金属管坯，三层金属为硅含量不同的硅钢。其中内外层硅含量相同，均为3％以下，中间一层硅含量则为5％～10％。管坯各层的厚度以及各层中硅含量的关系可以根据下式进行估算：