專利名稱：一種高硅鋼薄帶及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金技術(shù)與材料科學(xué)領(lǐng)域。具體涉及一種用于高頻電動機(jī)或變壓器鐵 芯的高硅鋼薄帶及其制備方法。
背景技術(shù)：
硅鋼是電力和電訊工業(yè)用以制造發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、互感器及其它電器儀表的重要 軟磁材料，硅含量對硅鋼產(chǎn)品的磁性能具有重要影響，隨硅含量的增加，產(chǎn)品的鐵芯損失耗 降低。高硅鋼，特別是硅含量為6. 5襯％的硅鋼片，高頻鐵損低、磁致伸縮接近于零，磁導(dǎo)率 高，因而成為制作中高頻電動機(jī)及變壓器的理想鐵芯材料。近年來，隨著變頻器控制下的電機(jī)轉(zhuǎn)速從每分鐘幾千轉(zhuǎn)提高到每分鐘幾萬轉(zhuǎn)，使 用頻率也由固定的50Hz或60Hz拓寬到ΙΚΗζ，在高頻率的工作環(huán)境中，無取向硅鋼的鉄芯損 失增加，頻率越高，鉄損增加越嚴(yán)重。在此種條件下對高硅鋼的需求顯得更加急迫。此外，資 源和環(huán)境問題日益突出，對高硅鋼的生產(chǎn)技術(shù)要求越來越高，現(xiàn)有高硅鋼的生產(chǎn)方法有噴 射成形、沉積擴(kuò)散、快速凝固等，其中以快速凝固技術(shù)節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢最為突出，該技術(shù)中又 以同步等徑雙輥薄帶鑄軋技術(shù)發(fā)展最快。一直以來，有關(guān)雙輥薄帶鑄軋技術(shù)生產(chǎn)高硅鋼的 研究鮮有報(bào)道，在為數(shù)不多的文獻(xiàn)報(bào)道中，均采取了以下一種或幾種措施改善高硅鋼鑄帶 的加工性和提高退火后產(chǎn)品的磁性能在合金的成分組成方面，除了 Fe、Si、Mn和Al外，還 添加了 Cr、Mo、Ni、Sn、B、稀土等合金元素中的一種或幾種；在鑄軋?jiān)O(shè)備方面，采用冷卻能力 強(qiáng)，但造價(jià)昂貴的銅質(zhì)鑄輥；在鑄軋工藝方面，要求輥縫小于1mm，鑄帶盡量接近成品厚度； 而且采用了 一道次或兩道次的熱軋工藝，或者取消熱軋工藝采用溫軋工藝時(shí)，要求必須有 一道次壓下量大于70%的軋制過程；以上措施不同程度的增加了生產(chǎn)成本，或?qū)ιa(chǎn)設(shè)備 及工藝提出了嚴(yán)格的要求。例如在專利號為US 7, 140,417 B2的專利中，(
公開日2006 年11月28日)闡述了采用雙輥連鑄工藝生產(chǎn)不同成分無取向硅鋼產(chǎn)品的方法，其中高硅 鋼的化學(xué)成分中除了 Fe、Si、Mn、Al外，必加元素還包含了 Cr。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種用于高頻電動機(jī)或變壓器鐵 芯的高硅鋼薄帶及其制備方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是 設(shè)計(jì)的高硅鋼的化學(xué)成分按重量百分比是
Si:6. 5%,Al: 0. 01% 0. 6%，Mn:0. 4% 0. 8%，N ^ 0. 003%,S ^ 0. 005%,P ^ 0. 01%, 0彡0. 003%、C彡0. 004%，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。這種組分的高硅鋼，鑄帶成形性好，厚度均勻，組織為均勻的等軸晶粒，有利織構(gòu) 占有率高，加工性能良好。
本發(fā)明的高硅鋼薄帶的制備方法是
(1)冶煉采用真空冶煉爐對高硅鋼合金進(jìn)行冶煉，得到其化學(xué)組分按重量百分比為Si :6. 5%, Al 0. 01% 0. 6%, Μη:0. 4% 0. 8%, N 彡 0. 003%、S 彡 0. 005%、P 彡 0. 01%、O 彡0. 003%、C彡0. 004%，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)的液態(tài)高硅鋼；
(2)鑄軋液態(tài)高硅鋼在1470°C 1510°C澆鑄到兩個(gè)鋼質(zhì)水冷結(jié)晶輥之間，出鑄輥后 對高硅鋼鑄帶進(jìn)行噴水冷卻，冷卻至500°C，保溫IOmin后緩冷至室溫；
(3)酸洗采用溫度為50°C，體積分?jǐn)?shù)為20%的鹽酸水溶液將高硅鋼鑄帶浸泡IOmin后 去除氧化鐵皮；
(4)溫軋酸洗后的高硅鋼鑄帶在400°C 480°C進(jìn)行溫軋，首道次和中間各道次壓下 量均為7% 30%，末道次壓下量8% 10%，總變形量70%以上；
(5)退火溫軋后的高硅鋼在氫氣氣氛中退火退火溫度600°C 1250°C，退火時(shí)間 15min 30min，當(dāng)C:彡0. 0027wt%時(shí)，采用干氫氣氣氛退火，當(dāng)C:彡0. 0027wt%，采用濕 氫氣氣氛退火。本發(fā)明的有益效果是
(1)本發(fā)明的高硅鋼薄帶產(chǎn)品的鉄損值相當(dāng)于現(xiàn)有高硅鋼產(chǎn)品的鉄損，磁感應(yīng)強(qiáng)度高 于現(xiàn)有產(chǎn)品0. IT以上。例如0. 35mm厚的高硅鋼薄帶在工作頻率為400Hz時(shí)，鉄損Ww4tltl 值為10W/kg，磁感B8達(dá)到1. 43T ；
(2)根據(jù)高硅鋼的成分，調(diào)整澆鑄和鑄軋工藝，使高硅鋼鑄帶在整個(gè)厚度方向上呈現(xiàn)為 均勻的等軸晶組織，同時(shí)使得對產(chǎn)品磁性能有利的{100}織構(gòu)強(qiáng)度值最低為5，{110}織構(gòu) 強(qiáng)度值最低為4，具有此種組織特征和織構(gòu)分布狀態(tài)的高硅鋼鑄帶加工性能較好，且經(jīng)過軋 制和退火后磁性能可得到明顯提高；
(3)鑄帶在50(TC保溫后緩慢冷卻，釋放內(nèi)應(yīng)力，改善鑄帶加工性；
(4)本發(fā)明得到的高硅鋼薄帶在不添加除Fe、Si、Mn、Al以外的合金元素的情況下可獲 磁性能良好的產(chǎn)品，節(jié)省了原料成本；
(5)本發(fā)明采用溫軋工藝，不要求存在一道次大壓下量(70%以上)的軋制，軋制道次可 根據(jù)軋機(jī)能力靈活調(diào)整，降低了對設(shè)備的要求。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
(1)冶煉采用真空冶煉爐冶煉得到化學(xué)成分按重量百分比為Si:6.5%，Al:0.01%, Μη:0· 8%, Ν:0· 0023%、S:0· 0034%、P:0. 009%、0:0. 0024%、C:0· 0032%，余量為 Fe 及不可避免 的雜質(zhì)的液態(tài)高硅鋼；
(2)鑄軋液態(tài)高硅鋼在1470°C澆鑄到兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的水冷結(jié)晶輥之間，經(jīng)鑄輥的冷 卻及軋制作用形成1. 5mm厚的高硅鋼鑄帶，出鑄輥后對鑄帶進(jìn)行噴水冷卻至500°C，保溫 IOmin后緩冷至室溫；
(3)酸洗用溫度為50°C，體積分?jǐn)?shù)為20%的鹽酸水溶液浸泡IOmin酸洗，去除鑄帶氧 化鐵皮；
(4)溫軋加熱480°C溫軋，首道次和中間各道次根據(jù)板厚和板形控制原則結(jié)合軋機(jī)能 力采用盡可能大的壓下量軋制，壓下量在7% 30%之間，末道次壓下量8% 10%，以保證板 形，總變形量76. 7%；
(5)退火退火爐快速升溫至目標(biāo)溫度，目標(biāo)溫度范圍950°C 1150°C，5(TC為一間隔，采用濕氫氣氣氛退火，退火時(shí)間20min，退火后試樣快速冷卻。經(jīng)檢測所得0. 35mm厚的高硅鋼薄帶在工作頻率為400Hz時(shí)的磁性能如下所示 M^S950°CIOOO0C 1050°C IlOO0C 1150°C 鉄損(W/kg) Q7 Q71Q5 Q610 磁感應(yīng)強(qiáng)度(T) 1.43 1.42 1.42 1.41 L40實(shí)施例2:
(1)冶煉采用真空冶煉爐冶煉得到化學(xué)成分按重量百分比為Si:6. 5%，A1:0. 2%， Mn: 0. 5%, Ν:0· 003%、S:0. 0044%、P:0. 008%、0:0. 0022%、C:0· 0031%，余量為 Fe 及不可避免 的雜質(zhì)的液態(tài)高硅鋼；
(2)鑄軋液態(tài)高硅鋼在1490°C澆鑄到兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的水冷結(jié)晶輥之間，經(jīng)鑄輥的冷 卻及軋制作用形成2. Omm厚的高硅鋼鑄帶，出鑄輥后對薄帶進(jìn)行噴水冷卻至500°C，保溫 IOmin后緩冷至室溫；
(3)酸洗用溫度為50°C，體積分?jǐn)?shù)為20%的鹽酸水溶液浸泡IOmin后去除鑄帶氧化鐵
皮；
(4)溫軋加熱至450°C溫軋，首道次和中間各道次根據(jù)板厚和板形控制原則結(jié)合軋機(jī) 能力采用盡可能大的壓下量軋制，壓下量在7% 30%之間，末道次壓下量8 10%，以保證 板形，總變形量75%;
(5)退火在全氫氣氛中采用兩階段濕氣氛退火方式第一階段950 1150°CX5min, 第二階段600°C XlOmin，然后油淬至室溫。經(jīng)檢測所得0. 5mm厚高硅鋼薄帶在工作頻率為400Hz時(shí)的磁性能如下所示 第一階段退火_ 950°C IOOO0C 1050°C 1100°C 1150°C
鉄損(W/kg)1514 914 61 14.8214.91
磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)1.491.471.466 1.461.45。實(shí)施例3:
(1)冶煉采用真空冶煉爐冶煉得到化學(xué)成分按重量百分比為Si:6.5%，A1:0. 6%，Mn: 0. 4%, Ν:0· 0026%、S:0. 0035%、P:0. 007%、0:0. 0028%、C: 0. 0025%，余量為 Fe 及不可避免的
雜質(zhì)的液態(tài)高硅鋼；
(2)鑄軋液態(tài)高硅鋼在1510°C澆鑄到兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的水冷結(jié)晶輥之間，經(jīng)鑄輥的冷 卻及軋制作用形成1. 7mm厚的高硅鋼鑄帶，出鑄輥后對鑄帶進(jìn)行噴水冷卻至500°C，保溫 IOmin后緩冷至室溫；
(3)酸洗用溫度為50°C，體積分?jǐn)?shù)為20%的鹽酸水溶液浸泡IOmin后去除氧化鐵皮；
(4)溫軋加熱至400°C溫軋，首道次和中間各道次根據(jù)板厚和板形控制原采用盡可能 大的壓下量軋制，末道次壓下量8 10%，以保證板形，總變形量70. 6%或79. 4% ；
(5)退火退火爐快速升溫至1000°C退火30min，在全氫氣的干氣氛下退火，然后油淬 至室溫；
經(jīng)檢測所得0. 35mm厚的高硅鋼薄帶在工作頻率為400Hz時(shí)，鉄損為9. 5 W/kg，磁感強(qiáng) 度B8為1. 43 T，0. 5mm厚的高硅鋼薄帶在工作頻率為400Hz時(shí)，鉄損為15 W/kg，磁感強(qiáng)度 B8 為 1. 44T。
權(quán)利要求
一種高硅鋼薄帶，其特征在于其化學(xué)組分按重量百分比為Si 6.5%、Al 0.01%～0.6%、Mn 0.4%～0.8%、N ≤0.003%、S ≤0.005%、P ≤0.01%、O ≤0.003%、C ≤0.004%，余量為Fe 及不可避免的雜質(zhì)，所述的0.35mm和0.5mm高硅鋼薄帶在工作頻率為400Hz時(shí)，鉄損W10/400為9.5~15W/kg，磁感B8為1.43T~1.49T。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硅鋼薄帶的制備方法，步驟如下(1)冶煉采用真空冶煉爐對高硅鋼進(jìn)行冶煉，得到化學(xué)組分按重量百分比為 Si :6. 5%, Al 0. 01% 0. 6%, Μη:0. 4% 0. 8%, N 彡 0. 003%、S 彡 0. 005%、P 彡 0. 01%、0 彡0. 003%、C彡0. 004%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)的液態(tài)高硅鋼；(2)鑄軋把上述的液態(tài)高硅鋼在1470°C 1510°C澆鑄到同步等徑雙輥鑄軋?jiān)O(shè)備 中，鑄軋速度為50 m/min 120m/min，形成高硅鋼鑄帶，出鑄輥后對鑄帶進(jìn)行噴水冷卻至 5000C，保溫10分鐘，緩冷至室溫；(3)酸洗采用鹽酸水溶液對高硅鋼鑄帶進(jìn)行酸洗，去除氧化鐵皮；(4)溫軋酸洗后的高硅鋼鑄帶在400°C 480°C進(jìn)行溫軋，首道次和中間各道次壓下 量均為7% 30%，末道次壓下量8% 10%，總變形量70%以上；(5)退火溫軋后的高硅鋼在氫氣氣氛中退火，獲得高硅鋼退火薄帶，退火溫度 600°C 1250°C，退火 15min 30min。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高硅鋼薄帶的制備方法，其特征在于所述的步驟(3)中的酸 洗是在溫度為50°C，體積分?jǐn)?shù)為20%的鹽酸水溶液中將高硅鋼鑄帶浸泡IOmin后去除氧化 鐵皮。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高硅鋼薄帶的制備方法，其特征在于所述的步驟(5)中的氫 氣氣氛條件，當(dāng)C含量< 0. 0027wt%時(shí)，采用干氫氣氣氛條件退火；當(dāng)C含量> 0. 0027wt% 時(shí)，采用濕氫氣氣氛條件退火。
全文摘要
本發(fā)明屬于冶金技術(shù)與材料科學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種高硅鋼薄帶及其制備方法。高硅鋼主要應(yīng)用于制作高頻電動機(jī)、變壓器以及高頻扼流線圈中的鐵芯。本發(fā)明所涉及的高硅鋼的化學(xué)成分按重量百分比為Si6.5%，Al0.01%～0.6%，Mn0.4%～0.8%，N≤0.003%、S≤0.005%、P≤0.01%、O≤0.003%、C≤0.004%，余量為Fe和不可避免的夾雜。通過真空冶煉降低高硅鋼中的夾雜物及有害氣體含量，保證鋼液的純凈度，然后對其進(jìn)行鑄軋，澆鑄溫度1470℃～1510℃，鑄帶厚度1.5～2.0mm，出鑄輥后對鑄帶進(jìn)行噴水冷卻，保溫，溫軋，最后經(jīng)過再結(jié)晶退火獲得產(chǎn)品。利用該工藝生產(chǎn)高硅鋼投資省、節(jié)能環(huán)保、成材率高、產(chǎn)品磁性能好。
文檔編號B21B37/58GK101935800SQ20101029755
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者劉振宇, 張?jiān)? 張婷, 張曉明, 曹光明, 李成剛, 王國棟 申請人:東北大學(xué)