專利名稱：一種高硅鋼板帶材熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高效率低能耗的高硅鋼板帶材的熱處理方法。
背景技術(shù)：
高硅鋼(含硅量彡3. 5%，重量百分比，下同)與普通硅鋼(含硅量<3. 5%)相比，電阻率、磁導(dǎo)率明顯增加，矯頑力、磁晶各向異性能明顯降低。特別是當(dāng)高硅鋼含硅量達(dá)到6. 5% 時(shí)，磁致伸縮系數(shù)基本降至為零，具有鐵損低、噪音低的特點(diǎn)，在電力電子行業(yè)中具有非常重要的應(yīng)用背景。高硅鋼的加工能力隨硅含量的增加而變得非常差，室溫下塑性幾乎為零，限制了其工業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)展。采用特殊制備方法，如化學(xué)氣相沉積法(Y. Takada, et al., Journal of Applied Physics, 64(1988)，5367-5369)、快速凝固甩帶法(K. I. Arai, H. Tsutsumitake and K. Ohmori, Transactions of the Japan Institute of Metals, 25(1984)，855-862)等可以實(shí)現(xiàn)高硅鋼板帶材的小規(guī)模制備，然而這些特殊的制備方法需要特殊的工藝設(shè)備，產(chǎn)品尺寸、性能也受到限制。采用軋制設(shè)備，利用特殊軋制法通過溫軋、 冷軋的方法，也可以進(jìn)行高硅鋼薄板的軋制(林均品，等，高硅鋼薄板的冷軋制備方法，專利號(hào)CN 100425392C，2008)。利用軋制法制備高硅鋼薄板的過程中需要經(jīng)過熱處理，例如Imm 厚軋板在850°C退火時(shí)需要保溫處理1-3小時(shí)。這些熱處理采用普通加熱爐加熱、保溫，退火時(shí)間較長，不利于工業(yè)化連續(xù)化生產(chǎn)。而熱處理是高硅鋼制備加工過程中非常重要的一步，目的是使其內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能。目前熱處理加熱方式主要是燃燒式、電阻爐式加熱方式，熱處理過程在熱處理爐中進(jìn)行。熱處理爐在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生熱損失，主要是排煙與散熱損失，存在于有效能量的損失及傳熱的不可逆過程中(井崗，特鋼技術(shù)，13 (2007)，M-56)。熱處理爐熱效率普遍較低，并且熱處理爐可能由于設(shè)備陳舊、襯里老化脫落、鋼板腐蝕穿孔等各種原因，導(dǎo)致散熱損失大、局部過熱超溫等，從而降低熱處理爐的熱效率。熱效率除了受爐子及工藝制度外，還受其它許多因素的影響和控制，例如生產(chǎn)組織、生產(chǎn)管理?xiàng)l件的變化是控制爐子熱效率的決定性因素(田永奎，等，太原機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào)，10 (1989)，22-17)。可以看出，爐子熱耗高、熱效率低，不僅是技術(shù)方面的原因，也是管理與調(diào)度不善造成的。有關(guān)工序配合失調(diào)大大增加熱耗，降低熱效率。正因此同一爐子的熱效率可能相差幾倍、幾十倍乃至上百倍。電脈沖(Electropulsing)是由電容或者是間歇性電源產(chǎn)生的非穩(wěn)態(tài)電流場，是在很短時(shí)間內(nèi)變一次電壓的過程?，F(xiàn)代的電脈沖技術(shù)越來越向高頻、高能量的趨勢發(fā)展，并且在材料領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其主要的作用原理有高能焦耳熱效應(yīng)、電致塑性效應(yīng)等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高效率低能耗的高硅鋼板帶材的熱處理方法，對于含硅量4-7%的高硅鋼薄板(帶)，通過施加高能電脈沖的方法，對其進(jìn)行熱處理，從而減小硬度、提高塑性。利用此方法熱處理可以大大節(jié)約熱處理時(shí)間，提高熱處理的效率。一種高硅鋼板帶材的熱處理方法，其特征是高硅鋼中硅含量為4-7% (質(zhì)量百分比)，其余為鐵、微量元素硼和不可避免的雜質(zhì)元素。其方法為對塑性加工后的高硅鋼板帶材，利用高能電脈沖對其進(jìn)行熱處理。電脈沖頻率60-500HZ，脈寬10-300 μ s，峰值電流密度20-500Α -mm-2,處理時(shí)間3_60s。高能電脈沖處理可以促進(jìn)形變組織再結(jié)晶，降低板帶材硬度，提高塑性。該熱處理時(shí)間很短，在數(shù)秒至幾十秒就可以處理完畢，大大的提高了熱處理的效率，同時(shí)節(jié)約能源。所述高硅鋼板帶材厚度為0. l_2mm，硼元素含量為0-1000ppm。高硅鋼由于硅含量較高，導(dǎo)致硬度較高，塑性較差，難于加工成型。采用特定的軋制工藝，可以實(shí)現(xiàn)高硅鋼薄板(帶)的軋制，甚至實(shí)現(xiàn)冷軋。在軋制過程中，由于加工硬化， 導(dǎo)致薄板(帶)硬度升高，塑性降低，需要進(jìn)行熱處理從而消除加工硬化，提高塑性。施加高能電脈沖可以有效促進(jìn)形變組織再結(jié)晶，消除加工硬化、降低屈服強(qiáng)度，同時(shí)提高板帶材塑性。由于電脈沖的焦耳熱效應(yīng)，施加高能電脈沖過程中，板帶材溫度明顯升高。同時(shí)由于脈沖電流與材料中位錯(cuò)的交互作用，促進(jìn)位錯(cuò)滑移、對消，材料的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化， 促進(jìn)材料發(fā)生再結(jié)晶，甚至晶粒長大。與普通的熱處理方法相比，高能電脈沖由于處理時(shí)間短、溫度升高快，熱處理后高硅鋼強(qiáng)度明顯下降，塑性顯著提高，有利于該材料的下一步制備加工。從材料顯微組織來看，經(jīng)過高能電脈沖處理后，材料發(fā)生再結(jié)晶，之前變形后的組織演變?yōu)樽冃沃暗牡容S晶，晶粒尺寸隨熱處理溫度和熱處理時(shí)間的增加而增加。例如對于含硅量6. 5%，含硼300ppm的高硅鋼，經(jīng)過冷軋后板材厚度為0. 3mm,對其實(shí)施電脈沖熱處理。經(jīng)過處理后，材料發(fā)生明顯的再結(jié)晶現(xiàn)象。在不同的電脈沖處理參數(shù)下，板帶材熱處理時(shí)間、溫度不同，導(dǎo)致材料組織不同，因而表現(xiàn)出不同的強(qiáng)度和塑性，如圖 1所示。在圖1中，曲線a為電脈沖處理前薄板的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線?？梢钥闯觯“宓那?qiáng)度很高，達(dá)到1230MPa，塑性基本為零。在經(jīng)過電脈沖處理后，薄板的強(qiáng)度明顯降低， 并且塑性明顯提高，如圖1中b、c、d曲線所示。電脈沖熱處理前后薄板顯微組織的變化如圖2所示。在高硅鋼制備加工過程中，對其施加高能電脈沖進(jìn)行熱處理，可以顯著降低其強(qiáng)度，同時(shí)增加其塑性。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
對于高硅鋼材料，由于其室溫塑性差、硬度高，在加工過程中需要經(jīng)常進(jìn)行熱處理，降低其硬度。本發(fā)明提供了一種高效率低能耗的高硅鋼薄板的熱處理方法。由于高能電脈沖可以實(shí)現(xiàn)在線熱處理，因此處理效率更高，適合于工業(yè)化應(yīng)用。同時(shí)由于操控性強(qiáng)，可以方便、實(shí)時(shí)的對熱處理過程進(jìn)行操控，避免了熱處理爐加熱后高溫狀態(tài)下資源的浪費(fèi)，因此可以大大節(jié)約熱處理的能量，是一種節(jié)能的熱處理方法。該方法由于具有高效率、低能耗、連續(xù)化熱處理的特點(diǎn)，具有廣闊的工程應(yīng)用前景。


圖1高硅鋼0. 3mm厚冷軋薄板電脈沖熱處理前后應(yīng)力應(yīng)變曲線，拉伸溫度150°C:(a)熱處理前，(b)電脈沖處理頻率170Hz、峰值電流密度350A· mm 2、處理時(shí)間4s、處理時(shí)最高溫度400°C，(c)電脈沖處理頻率164Hz、峰值電流密度360A · mm2、處理時(shí)間6s、處理時(shí)最高溫度610°C，(d)電脈沖處理頻率164Hz、峰值電流密度440A · mm2、處理時(shí)間8s、處理時(shí)最高溫度790°C。圖2高硅鋼0. 3mm厚冷軋薄板電脈沖熱處理前后顯微組織變化，(a)熱處理前，
(b)電脈沖處理頻率170Hz、峰值電流密度350A·πιπΓ2、處理時(shí)間4s、處理時(shí)最高溫度400°C，
(c)電脈沖處理頻率164Hz、峰值電流密度360A·πιπΓ2、處理時(shí)間6s、處理時(shí)最高溫度610°C，
(d)電脈沖處理頻率164Hz、峰值電流密度440A·πιπΓ2、處理時(shí)間8s、處理時(shí)最高溫度790°C。
具體實(shí)施例方式對于硅含量4-7%，硼含量O-IOOOppm的高硅鋼，其板帶材厚度為0. l_2mm，經(jīng)過塑性加工變形后，對其施加高能電脈沖進(jìn)行熱處理。具體實(shí)施方案如下
實(shí)施例1
對于含硅量4%，不含硼的高硅鋼，經(jīng)過熱軋后板材厚度為2mm，對其實(shí)施電脈沖熱處理。處理參數(shù)為電脈沖頻率500Hz，脈寬100 μ s，峰值電流密度80Α · mm 2，處理時(shí)間30s， 處理過程中板材溫度升高至850°C。經(jīng)過處理后的板材，150°C拉伸條件下屈服強(qiáng)度下降至 550MPa,斷裂強(qiáng)度下降至650MPa。實(shí)施例2
對于含硅量5%，含硼150ppm的高硅鋼，經(jīng)過溫軋后板材厚度為1mm，對其實(shí)施電脈沖熱處理。處理參數(shù)為電脈沖頻率350Hz，脈寬80 μ s,峰值電流密度^OA · mm 2，處理時(shí)間 10s，處理過程中板材溫度升高至750°C。經(jīng)過處理后的板材，150°C拉伸條件下屈服強(qiáng)度下降至610MPa，斷裂強(qiáng)度下降至750MPa。實(shí)施例3
對于含硅量6. 5%，含硼150ppm的高硅鋼，經(jīng)過溫軋后板材厚度為1mm，對其實(shí)施電脈沖熱處理。處理參數(shù)為電脈沖頻率194Hz，脈寬70 μ s,峰值電流密度360Α · mm 2，處理時(shí)間 10s，處理過程中板材溫度升高至825°C。經(jīng)過處理后的板材，150°C拉伸條件下屈服強(qiáng)度下降至675MPa，斷裂強(qiáng)度下降至750MPa。實(shí)施例4
對于含硅量6. 5%，含硼300ppm的高硅鋼，經(jīng)過冷軋后板材厚度為0. 3mm,對其實(shí)施電脈沖熱處理。處理參數(shù)為電脈沖頻率170Hz，脈寬70 μ s,峰值電流密度350Α · mm 2，處理時(shí)間4s，處理過程中板材溫度升高至400°C。經(jīng)過處理后的板材，150°C拉伸條件下屈服強(qiáng)度下降至820MPa，斷裂強(qiáng)度下降至900MPa，拉伸曲線如圖1 (b)所示，處理后組織如圖2 (b) 所示。熱處理前板材拉伸曲線如圖1 (a)所示，顯微組織如圖2 (a)所示。實(shí)施例5
對于含硅量6. 5%，含硼300ppm的高硅鋼，經(jīng)過冷軋后板材厚度為0. 3mm,對其實(shí)施電脈沖熱處理。處理參數(shù)為電脈沖頻率164Hz，脈寬70 μ s,峰值電流密度360Α · mm 2，處理時(shí)間6s，處理過程中板材溫度升高至610°C。經(jīng)過處理后的板材，150°C拉伸條件下屈服強(qiáng)度下降至645MPa，斷裂強(qiáng)度下降至850MPa，拉伸曲線如圖1 (c)所示，處理后組織如圖2 (c)所示。熱處理前板材拉伸曲線如圖1 (a)所示，顯微組織如圖2 (a)所示。實(shí)施例6
對于含硅量6. 5%，含硼300ppm的高硅鋼，經(jīng)過冷軋后板材厚度為0. 3mm,對其實(shí)施電脈沖熱處理。處理參數(shù)為電脈沖頻率164Hz，脈寬70 μ s,峰值電流密度440Α · mm 2，處理時(shí)間8s，處理過程中材料溫度升高至790°C。經(jīng)過處理后的板材，150°C拉伸條件下屈服強(qiáng)度下降至504MPa，斷裂強(qiáng)度下降至705MPa，拉伸曲線如圖1 (d)所示，處理后組織如圖2 (d) 所示。熱處理前板材拉伸曲線如圖1 (a)所示，顯微組織如圖2 (a)所示。實(shí)施例7
對于含硅量7%，含硼IOOOppm的高硅鋼，經(jīng)過冷軋后帶材厚度為0. 1mm，對其實(shí)施電脈沖熱處理。處理參數(shù)為電脈沖頻率160Hz，脈寬70 μ s,峰值電流密度360Α · mm 2，處理時(shí)間6s，處理過程中帶材溫度升高至630°C。熱處理后的帶材，150°C拉伸條件下屈服強(qiáng)度下降至680MPa，斷裂強(qiáng)度下降至810MPa。
權(quán)利要求
1.一種高硅鋼板帶材的熱處理方法，其特征是高硅鋼中硅含量質(zhì)量百分比為4-7%， 其余為鐵、微量元素硼和不可避免的雜質(zhì)元素，具體方法是利用高能電脈沖對塑性加工后的高硅鋼板帶材進(jìn)行熱處理，電脈沖頻率60-500HZ，脈寬10-300 μ s，峰值電流密度 20-500Α · mm2，處理時(shí)間3_60s，熱處理后板帶材強(qiáng)度降低，塑性提高。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硅鋼板帶材的熱處理方法，其特征是高硅鋼板帶材厚度為 0.l-2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硅鋼板帶材的熱處理方法，其特征是高硅鋼中硼元素含量為 0-1000ppm。
全文摘要
一種高硅鋼板帶材的熱處理方法，屬于金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域。高硅鋼中硅含量為4-7%(質(zhì)量百分比)，其余為鐵、微量元素硼和不可避免的雜質(zhì)元素。其方法為對塑性加工后的高硅鋼板帶材，利用高能電脈沖對其進(jìn)行熱處理。電脈沖頻率60-500Hz，脈寬10-300μs，峰值電流密度20-500A·mm-2，處理時(shí)間3-60s。高能電脈沖處理可以促進(jìn)形變組織再結(jié)晶，降低薄板(帶)強(qiáng)度，提高塑性。該熱處理時(shí)間很短，在數(shù)秒至幾十秒就可以處理完畢，大大的提高了熱處理的效率，同時(shí)節(jié)約能源，由于具有連續(xù)化在線熱處理的特點(diǎn)，因而具有廣闊的工程應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C21D9/52GK102560066SQ20121002046
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月29日
發(fā)明者葉豐, 周紅嬋, 張來啟, 房現(xiàn)石, 林均品, 梁永鋒, 郝國建 申請人:北京科技大學(xué)