專利名稱：高硅鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅鋼及其制備方法，特別是一種高硅鋼及其制備方法。屬于材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高硅鋼，即含有5％-10％硅(重量百分比，以下同)雜質(zhì)含量小于0.01％、其余為鐵的硅鋼，具有優(yōu)異的磁學(xué)性能。例如，含有6.5％硅的硅鋼具有優(yōu)異的磁學(xué)性能，磁致伸縮近于零，低鐵損和高磁導(dǎo)率。然而，這種高硅鋼塑性很差，而且隨著硅含量的增加而變得更差。如此差的塑性導(dǎo)致其具有很差的加工性能。所以很難用常規(guī)金屬加工方法制備高硅鋼，同時(shí)由于差的塑性和加工性更難制備出高硅鋼片。
眾所周知，高硅鋼片越薄，其軟磁性質(zhì)越好，所以人們都希望生產(chǎn)出薄硅鋼片。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，K.Okada等人發(fā)表的“Basic Investigation of CVDMethod for Manufacturing 6.5％Si Steel sheet”(J ISIJ 1994，80777-784)日本“鋼鐵協(xié)會(huì)會(huì)刊JISIJ”的“用化學(xué)氣相沉積方法制備6.5％硅鋼片”一文，該文提到高硅鋼片可以用低硅(為3％)鋼片通過(guò)化學(xué)氣相沉積技術(shù)增硅制成含有6.5％硅鋼片，這種技術(shù)即為“滲硅”技術(shù)，用該技術(shù)生產(chǎn)高硅鋼片，既昂貴且效率又很低。目前在制備高硅鋼片的方法方面除了以上障礙外，為了得到要求的磁學(xué)性質(zhì)，必須避免傳統(tǒng)存在于鋼中的化學(xué)元素，如已知碳對(duì)高硅鋼的磁學(xué)性質(zhì)有不良的影響，所以碳含量必須遠(yuǎn)低于0.01％，必須采用昂貴的微碳高純?cè)l(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)背景技術(shù)中的不足和缺陷，提供一種高硅鋼及其制備方法，使其采用常規(guī)金屬加工方法制備高硅鋼片，從而解決以上的不足。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明高硅鋼包含的各個(gè)成分及其重量百分比為5-10％硅，0.007-1％碳，雜質(zhì)含量小于0.01％，其余為鐵。
上述的高硅鋼的制備方法如下在5％-10％含硅量的高硅鋼中加入0.01-1％碳，并對(duì)高硅鋼的樣品進(jìn)行均勻化熱處理，即從1200℃至低于鋼熔點(diǎn)的固熔熱處理，保溫足夠的時(shí)間退火，消除高硅鋼中大部分第二相，均勻化退火在保護(hù)氣氛中進(jìn)行，通過(guò)常規(guī)金屬加工方法制備各種厚度的含碳高硅鋼片。根據(jù)各個(gè)工藝條件，退火后，最終碳含量從機(jī)械用鋼片的0.04％到軟磁用鋼片的0.007％。
本發(fā)明采用的均勻化處理，很大地改善了該鋼種在很寬的一個(gè)溫度范圍內(nèi)，特別從室溫到900℃范圍的拉伸塑性和加工性，均勻化的溫度范圍從1200℃到低于該鋼的熔點(diǎn)溫度。均勻化保溫時(shí)間要足夠長(zhǎng)以保證鋼中的大部分第二相組成，如碳化物和有序體立方相，得以消除。均勻化處理必須在保護(hù)氣氛中進(jìn)行，在本發(fā)明中采用非氧化氣氛(如惰性氣體，氬等)，脫碳?xì)夥?如氫氣)或真空。
本發(fā)明在高硅鋼中加入重量百分比0.01-1％的碳，結(jié)合以上描述的均勻化處理可以在很寬的溫度范圍內(nèi)，特別是室溫到900℃，顯著地改善其拉伸塑性和加工性。同時(shí)，高硅鋼中含有一定碳量時(shí)還能改善其機(jī)械性能。
除了以上描述外，還可以根據(jù)機(jī)械性能的要求，生產(chǎn)出0.01-1％碳含量的高硅鋼。相反的，本發(fā)明也可以采用控制熱機(jī)械處理工藝來(lái)調(diào)控碳含量，使該高硅鋼具有最佳的軟磁性能?？刂茻釞C(jī)械處理(“TMCP”)工藝使該鋼最終成份中碳含量極低，碳遠(yuǎn)低于0.01％碳。由于本發(fā)明的工藝既不要求采用昂貴原始原料，又不需要化學(xué)氣相沉積滲硅工藝，所以經(jīng)濟(jì)的大規(guī)模生產(chǎn)不同厚度的高硅鋼片成為可能。
本發(fā)明可以用常規(guī)金屬加工方法制備不同厚度的含碳高硅鋼片。對(duì)于某些具體對(duì)象可以生產(chǎn)出厚度小于0.5mm的硅鋼片，厚度分別達(dá)到0.5mm，0.35mm，0.1mm的硅鋼片，這種硅鋼片的顯微組織可以控制得到很均勻的晶粒尺寸，其大小接近于硅鋼片的厚度，即分別達(dá)到0.5mm、0.35mm和0.1mm的尺寸。所述的常規(guī)金屬加工方法包括以下中的至少一種(1)連鑄連軋，連軋溫度范圍為1000℃-600℃之間，鑄錠在1000℃-600℃之間連軋，(2)結(jié)合熱軋和冷軋(室溫到500℃)生產(chǎn)薄硅鋼片，(3)結(jié)合單片熱軋和雙片疊軋或多片疊軋生產(chǎn)薄硅鋼片。
本發(fā)明為了提高加工性能，有利于生產(chǎn)薄硅鋼片，初始制備出的高硅鋼含碳量較高，隨后采用控制熱機(jī)械處理工藝生產(chǎn)出調(diào)控顯微組織的鋼。所謂調(diào)控顯微組織是指控制晶粒均勻度，使晶粒尺寸相對(duì)于硅鋼片的厚度。控制熱機(jī)械處理工藝在調(diào)控顯微組織的同時(shí)，還能夠調(diào)控鋼中最終碳含量以保證硅鋼片最終獲得最佳軟磁性能。典型例子是最終碳含量能夠調(diào)控到最小值。例如，為了獲得最佳軟磁性能，用前面描述的方法制備的含碳高硅鋼要通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，降低其碳含量和調(diào)控其顯微組織。這種熱處理工藝包括800℃-1250℃退火工藝，退火必須在一種非氧化氣氛(如氬氣等惰性氣體)，脫碳?xì)夥?如氫氣)或真空下進(jìn)行。保護(hù)氣氛的選擇決定于最終需要獲得的性能，是要求最佳機(jī)械性能或最佳軟磁性能。
除了軟磁性能外，按照本發(fā)明要求具有優(yōu)異的機(jī)械性能。例如，室溫至600℃具有高的屈服強(qiáng)度，在寬的強(qiáng)度范圍內(nèi)具有優(yōu)異的塑性。所以，它不僅能夠很容易被熱軋和冷軋，而且每一道的允許變形量也足夠大，現(xiàn)存軋制設(shè)備在很大范圍內(nèi)都能適應(yīng)。而且，目前金屬加工廠不必改造也能實(shí)施這一加工工藝。
本發(fā)明在1000℃-600℃范圍內(nèi)進(jìn)行熱軋，在室溫到500℃范圍內(nèi)進(jìn)行冷軋，含碳高硅鋼在高達(dá)500℃時(shí)還具有優(yōu)異的抗氧化性能?？寡趸阅苁侵冈谝欢囟犬?dāng)暴露在氧化氣氛下材料的失重。
含有0.007-1％碳的一種高硅鋼是本發(fā)明的一個(gè)體現(xiàn)。高硅鋼是指含有5-10％硅的鋼。本發(fā)明也指通過(guò)控制顯微組織和碳含量制備最佳軟磁性能高硅鋼的一種方法。例如，按照本發(fā)明采用常規(guī)熔煉技術(shù)，如感應(yīng)熔煉，生產(chǎn)高硅鋼，采用常規(guī)方法制備的高硅鋼，通過(guò)控制機(jī)械處理可以把該鋼中的碳含量降低到微量。因此，并不需要采用高純的原料來(lái)制備無(wú)碳的高硅鋼鋼片。所以生產(chǎn)高硅鋼片的費(fèi)用可以降低。
本發(fā)明制備的硅鋼，其室溫拉伸伸長(zhǎng)率至少達(dá)到10％，從200℃到800℃的拉伸伸長(zhǎng)率大于20％，在800℃及高于800℃的伸長(zhǎng)率大于100％，從室溫到500℃的強(qiáng)度為600MPa，其在500℃空氣中暴露50小時(shí)后的氧化速率為0.01g/m2，具有以下的軟磁性能最大導(dǎo)磁率為46000μm，在不同頻率下的鐵損為W10/50＝0.49w/kg，W10/400＝10.56w/kg，W5/1K＝11w/kg，W1/5K＝8.71w/kg，W0.5/10＝6.5w/kg。
本發(fā)明顯著改善了硅鋼的拉伸塑性和加工性能，加工性能的改善令不同厚度高硅鋼片經(jīng)濟(jì)的大規(guī)模生產(chǎn)成為可能，采用控制熱機(jī)械處理技術(shù)，不僅可用于生產(chǎn)高硅鋼片和控制其顯微組織，且可調(diào)整最終碳含量，從而得到高硅鋼片的最佳軟磁性能，含碳的高硅鋼片可作為高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料，在室溫和中溫下，氧化和腐蝕氣氛下使用。


圖1 700℃熱軋750℃保溫140Min.高硅鋼延伸率、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度與拉伸溫度的關(guān)系2 1000℃軋制態(tài)硅鋼延伸率、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度與拉伸溫度的關(guān)系圖具體實(shí)施方式
如圖1和2所示，結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供以下實(shí)施例，以下幾個(gè)例子是被用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的某些方面，但本發(fā)明并不僅限于這些范圍。
一種高硅鋼重量百分比為5-10％硅，0.007-1％碳，雜質(zhì)Mn，P，S，Cr和Ni含量小于0.01％，其余為鐵。所有高硅鋼的樣品都經(jīng)過(guò)均勻化熱處理，即在1200℃到剛好低于熔點(diǎn)溫度下保溫足夠的時(shí)間退火，以保證從高硅鋼中消除大部分第二相。均勻化退火是在保護(hù)氣氛中進(jìn)行的。根據(jù)各個(gè)工藝條件，退火后，最終碳含量從機(jī)械用鋼片的0.04％到軟磁用鋼片的0.007％。
如下所述，制成的高硅鋼具有優(yōu)異的機(jī)械抗氧化和抗腐蝕性能的結(jié)合，采用常規(guī)金屬加工工藝參數(shù)調(diào)控還可進(jìn)一步改變其中一種或幾種性能。
實(shí)施例1一種高硅鋼重量百分比為5％硅，1％碳，雜質(zhì)Mn和/或P和/或S和/或Cr和/或Ni含量小于0.01％，其余為鐵。經(jīng)過(guò)均勻化熱處理的一種高硅鋼試樣，在700℃軋制后在750℃退火140分鐘。這種高硅鋼的機(jī)械性能表示在圖1上。從圖中可以看到，從200℃到400℃，其拉伸伸長(zhǎng)率大于20％，從500℃到600℃，其拉伸伸長(zhǎng)率大于40％，在800℃左右，其伸長(zhǎng)率已超過(guò)200％。室溫伸長(zhǎng)率達(dá)到10％并未在圖中表達(dá)出來(lái)。試樣在200℃到500℃的屈服強(qiáng)度約為600MPa。
實(shí)施例2一種高硅鋼重量百分比為6.5％硅，0.007％碳，雜質(zhì)Mn和/或P和/或S和/或Cr和/或Ni含量小于0.01％，其余為鐵。試樣經(jīng)1000℃軋制后，其機(jī)械性能為圖2所示。200℃的拉伸伸長(zhǎng)率大于15％，500℃的伸長(zhǎng)率大于60％，200℃到400℃的屈服強(qiáng)度為700MPa。500℃的屈服強(qiáng)度為550MPa。
實(shí)施例3為了顯示與本成分鋼有關(guān)的加工性，按照例1的原始成分和均勻化處理后的含碳高硅鋼已通過(guò)多道軋制軋成0.35mm厚的薄片。為了充分利用超塑性優(yōu)點(diǎn)，軋制溫度選擇在1000℃-600℃之間，高硅鋼片的厚度還通過(guò)高于200℃的冷軋進(jìn)一步減薄。如果需要能夠通過(guò)適當(dāng)?shù)耐嘶鸸に嚢言撲撎己拷档阶畹椭怠Ｈ绻枰@得最佳軟磁性能就可以采取此工藝。
實(shí)施例4為了顯示與本成分鋼有關(guān)的軟磁性能，按照例1的原始成分和均勻化處理后的含碳高硅鋼制成20mm厚的板坯。該板坯隨后在1000℃下熱軋，在多次熱軋厚，最后一道在600℃軋制成0.35mm的薄鋼片。該薄鋼片在1130℃氫氣氛下退火2.5小時(shí)，該退火時(shí)間能把鋼中含碳量降到最低值柄獲得以下的軟磁性能最大導(dǎo)磁率為46000μm，在不同磁場(chǎng)/頻率(Gs/Hz)下的鐵損為W10/50＝0.49w/kg，W10/400＝10.56w/kg，W5/1K＝11.5w/kg，W1/5K＝8.71w/kg，W10/400＝6.5w/kg，由于所發(fā)明的工藝既不要求采用昂貴原始原料，又不需要化學(xué)氣相沉積滲硅工藝，所以經(jīng)濟(jì)的規(guī)模生產(chǎn)不同厚度的高硅鋼片成為可能。
實(shí)施例5一種高硅鋼重量百分比為10％硅，0.4965％碳，雜質(zhì)Mn和/或P和/或S和/或Cr和/或Ni含量小于0.01％，其余為鐵。試樣經(jīng)1000℃軋制后，其機(jī)械性能為200℃的拉伸伸長(zhǎng)率大于15％，500℃的伸長(zhǎng)率大于60％，200℃到400℃的屈服強(qiáng)度為800MPa。500℃的屈服強(qiáng)度為650MPa。
權(quán)利要求
1.一種高硅鋼，含有硅、鐵，其特征在于，重量百分比為5-10％硅，0.007-1％碳，雜質(zhì)Mn和/或P和/或S和/或Cr和/或Ni含量小于0.01％，其余為鐵。
2.一種高硅鋼的制備方法，其特征是，在5％-10％含硅量的高硅鋼中加入0.01-1％碳，并對(duì)高硅鋼的樣品進(jìn)行均勻化熱處理，即從1200℃至低于鋼熔點(diǎn)的固熔熱處理，保溫退火消除高硅鋼中大部分第二相，均勻化退火在保護(hù)氣氛中進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高硅鋼的制備方法，其特征是，均勻化處理在保護(hù)氣氛中進(jìn)行，采用非氧化氣氛，脫碳?xì)夥栈蛘婵铡?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高硅鋼的制備方法，其特征是，或者采用控制熱機(jī)械處理工藝來(lái)調(diào)控碳含量。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高硅鋼的制備方法，其特征是，或者通過(guò)常規(guī)金屬加工方法制備各種厚度的含碳高硅鋼片，其厚度分別達(dá)到0.5mm，0.35mm，0.1mm的硅鋼片，硅鋼片的顯微組織為很均勻的晶粒尺寸，其大小接近于硅鋼片的厚度，即分別達(dá)到0.5mm、0.35mm和0.1mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高硅鋼的制備方法，其特征是，所述的常規(guī)金屬加工方法包括以下中的至少一種(1)連鑄連軋，連軋溫度范圍為1000℃-600℃之間，鑄錠在1000℃-600℃之間連軋，(2)結(jié)合熱軋和冷軋，溫度范圍為室溫到500℃，生產(chǎn)薄硅鋼片，(3)結(jié)合單片熱軋和雙片疊軋或多片疊軋生產(chǎn)薄硅鋼片。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高硅鋼的制備方法，其特征是，制備的硅鋼，其室溫拉伸伸長(zhǎng)率至少達(dá)到10％，從200℃到800℃的拉伸伸長(zhǎng)率大于20％，在800℃及高于800℃的伸長(zhǎng)率大于100％，從室溫到500℃的強(qiáng)度為600MPa，其在500℃空氣中暴露50小時(shí)后的氧化速率為0.01g/m2，具有以下的軟磁性能最大導(dǎo)磁率為46000μm，在各種頻率下的鐵損為W10/50＝0.49w/kg，W10/400＝10.56w/kg，W5/1K＝11w/kg，W1/5K＝8.71w/kg，W0.5/10＝6.5w/kg。
全文摘要
一種高硅鋼及其制備方法。屬于材料制備領(lǐng)域。高硅鋼包含的各個(gè)成分及其重量百分比為5－10％硅，0.007－1％碳、雜質(zhì)Mn和/或P和/或S和/或Cr和/或Ni含量小于0.01％，其余為鐵。其制備方法是在5％－10％含硅量的高硅鋼中加入0.01－1％碳，并對(duì)高硅鋼的樣品進(jìn)行均勻化熱處理，即從1200℃至低于鋼熔點(diǎn)的固熔熱處理，保溫退火消除高硅鋼中大部分第二相，均勻化退火在保護(hù)氣氛中進(jìn)行。本發(fā)明顯著改善了硅鋼拉伸塑性和加工性能，從而令不同厚度高硅鋼片的大規(guī)模生產(chǎn)成為可能，不僅可用于生產(chǎn)高硅鋼片和控制其顯微組織，且可調(diào)整最終碳含量，得到高硅鋼片的最佳軟磁性能。含碳的高硅鋼片可作為高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料，在室溫和中溫下，氧化和腐蝕氣氛下使用。
文檔編號(hào)C21D8/12GK1544680SQ20031010889
公開(kāi)日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2003年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月27日
發(fā)明者林棟樑, 林暉, 林棟 申請(qǐng)人:林棟樑, 林暉, 林棟