专利名称：一种高硅电工钢带材中低温轧制制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高硅电工钢带材的制备方法，属于金属材料制备加工技术领域，特别是提供了一种高性能低塑性难加工合金带材的中低温制备加工工艺。
背景技术：
电工钢作为电力、通讯及国防军工领域的关键软磁材料，广泛应用于各种电机、变压器等部件的铁芯，约占磁性材料总量的90°/Γ95%。高硅电工钢(含6. 5wt%Si )与目前规模化应用的普通电工钢(含3 4. 2wt%Si)相比，工作时噪音小、铁损低、能耗小，因而在高频变压器、 节能电机等领域具有广阔的应用前景。但随着硅含量的增加，电工钢的脆性急剧增加，当硅含量超过4. 5wt%后很难采用常规的铸-轧工艺制备薄带，很大程度上限制了高硅电工钢的应用。目前国内外有关高硅电工钢的制备方法主要有化学气相沉积法(CVD法)[Takada Y，Abe M，Masuda S，et al. Commercial scale production of Fe-6. 5wt. %Si sheet and magnetic properties. Journal of Applied Physics，1988，64( 10):5367_5369]、快速凝固法[Arai K I,Tsuya N,Ohmori K,et al. Rapidly quenched ribbon-form silicon-iron alloy with high silicon concentration. Journal of Magnetism and Magnetic Materials，1980，15-18 :1425-1426]、喷射成形法[Bolfarini CiSilva M C AiJorge Jr A M，et al. Magnetic properties of spray-formed Fe-6. 5%Si and Fe-6. 5%Si-l. 0%A1 after rolling and heat treatment. Journal of Magnetism and Magnetic Materials， 2008，320 :e653-e656]等。上述方法中仅有CVD法实现了高硅电工钢带材的工业化规模生产，但仍存在工艺流程长、环境负荷大、生产效率低、成本高等问题。与CVD法、快速凝固法、喷射成型法等方法相比，传统铸-乳法具有工艺简单、成本较低、耗能小等优点，因此，通过组织结构和工艺调控实现高硅电工钢薄带的乳制生产仍然是目前国内外研究的热点。例如，林均品等人发明了以热乳-温乳-冷乳三乳法为基础的逐步增塑法将真空感应熔炼的高硅电工钢首先热锻成厚度l(T20mm板坯，然后通过控制热轧、控制温轧、控制冷轧等工序结合轧制过程中多次热处理，制备了厚度为0. 05mm的高硅电工钢带材[林均品，叶丰，陈国良，等.6. 5wt%Si高硅钢冷轧薄板制备工艺、结构和性能.前沿科学，2007 (2) :13-26]，该方法以传统的三轧法为基础，易于实现工业规模化生产。但逐步增塑法工艺流程繁琐，主要表现在温轧和冷轧过程中每次轧制后均需进行热处理，而且由于温轧和冷轧过程中边裂严重，每道次均需裁边处理，因此生产效率和成材率均很低。谢建新等人发明了一种基于中温包套轧制技术的高硅电工钢带材制备加工方法， 实现了厚度0. 20mm以下高硅电工钢带材的制备，而且所制备合金带材表面光亮，组织均匀，轧制成材率可达95%以上[谢建新，付华栋，张志豪，等.一种高硅电工钢薄带的短流程高效制备方法.专利号ZL 2010 I 0195520. 4，授权日2011年08月10日]。但中温包套轧制技术在制备过程中存在包套材料的浪费、增加了包套及去除包套工序等问题。林均品等人发明了一种对定向凝固板坯直接进行热轧、温轧和冷轧加工以制备高硅电工钢带材的方法[林均品，房现石，梁永锋，等.一种取向高硅钢薄板的制备方法.申请号201010588874. 5，申请日2010年12月15日]。但该方法采用的热轧工序会破坏定向凝固的柱状晶组织，不利于合金进行后续低温轧制。在此基础上，林均品等人又发明了一种对定向凝固板坯直接进行20(T950°C低温轧制，然后进行冷轧，以制备取向高硅电工钢钢冷轧薄板的方法[林均品，房现石，邓云生，等.利用定向凝固板坯制备取向高硅钢冷轧薄板的方法.申请号=201010588872. 6，申请日2010年12月15日]。该方法利用了柱状晶组织可提高塑性变形性能，以及具有高取向性等特点，但由于仅依靠柱状晶组织提高高硅电工钢的塑性，其作用较为有限，且在低温条件下合金的变形抗力大、塑性较低，因而该方法对轧制设备要求高、能耗大，尤其是带材成材率较低。综上所述，现有的高硅电工钢带材轧制成形技术存在生产流程长、工艺复杂、能耗大、成材率低等问题，不利于高硅电工钢带材的低成本、高效率、规模化生产。
发明内容
本发明的目的是克服现有的高硅电工钢带材轧制成形技术存在生产流程长、工艺复杂、能耗大、成材率低，不利于高硅电工钢带材的低成本、高效率、规模化生产等问题；在充分利用定向凝固柱状晶组织高硅电工钢的塑性加工性能较普通等轴多晶高硅电工钢明显提高这一特性的基础上，采用特殊的轧前热处理方法，进一步提升合金的塑性变形性能，最终实现无需热轧和中间退火的高硅电工钢带材中低温轧制。一种高硅电工钢带材中低温轧制制备方法，其特征在于工艺流程为采用定向凝固法制备具有强〈100〉取向的柱状晶棒坯或板坯；经过轧前热处理后进行温轧；酸洗烘干后进行冷轧得到光亮的高硅电工钢带材；具体工艺步骤为主要包括以下几个步骤
(1)定向凝固采用区域熔化定向凝固方法，将真空熔炼的Fe-(5 7)wt%Si合金铸坯制备成具有强〈100〉取向的柱状晶棒坯或板坯；
(2)轧前热处理将步骤(I)中制备的柱状晶高硅电工钢坯料以15 25°C/min的速度加热到90(Tl200°C并保温O. 25 4h，然后采用5(T400°C /s的冷却速度进行淬火处理，以降低高硅电工钢的有序度、提高其塑性；将淬火坯料在30(T50(TC下保温O. f Ih后空冷，进行去应力退火，以降低高硅电工钢表面拉应力，进一步提高其塑性加工性能；
(3)中温轧制将步骤(2)处理后的高硅电工钢坯料在30(T50(TC保温l(T20min后进行轧制，轧板速度为5 20m/min ;严格控制合金道次变形量为5°/Γ20%，轧制最终厚度为f3mm ； 轧后空冷，然后进行酸洗去除轧板表面氧化皮后烘干；
(4)室温轧制将步骤(3)制备的温轧板坯在室温下进行反复轧制，第一道次变形量为 20%飞0%，其余道次变形量控制在5°/Γ20%，最终轧制成厚度O. 30mm以下、表面光亮、板型良好、边裂少、成材率高的冷轧带材。本发明开发了一种高硅电工钢高成材率、无需热轧和中间退火的短流程高效轧制成形技术，其特点表现在定向凝固法制备的柱状晶高硅电工钢组织致密、取向度高、沿柱状晶生长方向具有良好的变形性能；采用综合考虑了析出相、有序度和残余应力等影响的轧前热处理方法，可有效改善合金的组织结构、析出相形态与分布、坯料表面应力状态，进而显著提高合金的塑性变形性能；利用高硅电工钢的形变软韧化特性，合理控制中温轧制工艺可减少轧制边裂，提高加工效率和成材率；对中温轧制后合金进行室温轧制，既可以控制合金形成更强的轧制织构，又可以精确控制高硅电工钢带材的板型和表面质量。采用本发明工艺可在无热轧和中间退火的条件下制备厚度O. 30mm以下的高硅电工钢带材。本发明的优点
(I)本发明方法将组织结构调控和轧制工艺调控相结合，实现了高硅电工钢的中温-室温高效轧制
本发明以具有较好变形性能的柱状晶高硅电工钢为坯料，对其进行特殊轧前热处理， 以显著提高其中温和室温塑性加工性能。所采用的轧前热处理方法可综合调控有序度、析出相、残余应力等影响高硅电工钢塑性的因素。经特殊轧前热处理后合金的三点弯曲断裂挠度可提高约150%。相同轧制变形条件(变形温度400°C、变形量38%)下，经本发明的轧前热处理后，高硅电工钢的轧制加工性能显著提高。此外，根据高硅电工钢的形变软韧化特性，本发明严格控制中温轧制工艺制度，以改善高硅电工钢的冷轧变形性能，提高合金冷轧程度、减少边裂等缺陷。(2)采用本发明方法制备高硅电工钢带材，无需进行热轧，且在整个中温-室温轧制过程中无需中间退火，工艺流程短、生产效率高
本发明采用“定向凝固+轧前热处理+中温轧制+室温轧制”新工艺，成功地轧制出厚度为O. 30mm以下的高硅电工钢带材，整个轧制过程无需中间退火，工艺流程短、生产效率高；制备的高硅电工钢带材表面光亮，板型良好。由于实现了无中间退火的大变形温轧和冷轧，变形储能大有望通过后续特殊再结晶处理，制备高性能取向电工钢。(3)采用本发明方法制备高硅电工钢带材，轧制过程边裂少，成材率高
本发明采用区域熔化定向凝固方法有利于合金制备过程中气体和夹杂的排出，实现纯净化，通过合理控制定向凝固工艺可获得组织致密、取向度高、沿晶粒生长方向变形性能较好的合金坯料；对定向凝固坯料进行轧前热处理可改善合金的组织结构、析出相形态与分布、坯料表面应力状态，进而显著提高合金的塑性变形性能。上述两个方面的作用可提高高硅电工钢的中温和室温轧制变形性能，减少轧制边裂，提高合金轧制加工效率和成材率。所制备的高硅电工钢带材的综合成材率可达80%以上。
图I为本发明的工艺流程图。
具体实施例方式实施例I :定向凝固棒坯线切割成板坯经热处理后轧制
(O定向凝固采用区域熔化定向凝固方法，将真空熔炼的Fe-6. 5Si-0. OlB合金铸坯制备成具有强〈100〉取向的柱状晶组织、直径30mm的柱状晶棒坯。(2)轧前热处理将定向凝固的棒坯以15°C /min的速度加热到900°C保温Ih后油淬至室温，冷却速度约200°C /s ;将淬火坯料在300°C下保温IOmin后空冷，进行去应力退火；
(3)中温轧制轧前热处理后的高硅电工钢坯料在400°C保温20min后进行轧制，轧制速度为20m/min ;严格控制合金的道次变形量为5°/Γ20%，中温轧制板材的最终厚度为Imm ； 轧后空冷，对温轧板材进行酸洗去除表面氧化皮后烘干；
(4)室温轧制将温轧板材在室温下进行反复轧制，第一道次变形量为40%，其余道次变形量控制在5°/Γ20%，最终轧制成厚度O. 12mm的冷轧带材，带材表面光亮，板型良好，边裂较少，成材率达88%。实施例2 :定向凝固板坯经处理后轧制
(O定向凝固采用区域熔化定向凝固方法，将真空熔炼的Fe-6. 5Si合金铸坯制备成具有强〈100〉取向的柱状晶组织、宽24mm、厚12mm的柱状晶板坯。(2)轧前热处理将定向凝固板坯以15°C /min的速度加热到1000°C保温Ih后油淬至室温，冷却速度约200°C /s，将淬火坯料在350°C下保温15min后空冷，进行去应力退火；
(3)中温轧制轧前热处理后的高硅电工钢坯料在450°C保温20min后进行轧制，轧制速度为20m/min ;严格控制合金的道次变形量为5°/Γ20%，中温轧制板材的最终厚度为2mm ； 轧后空冷，对温轧板材进行酸洗去除表面氧化皮后烘干；
(4)室温轧制将温轧板材在室温下进行反复轧制，第一道次变形量为50%，其余道次变形量控制在5°/Γ20%，最终轧制成厚度O. 25mm的冷轧带材，带材表面光亮，板型良好，边裂较少，成材率达84%以上。
权利要求
1.一种高硅电工钢带材中低温轧制制备方法，其特征在于工艺流程为采用定向凝固法制备具有强〈100〉取向的柱状晶棒坯或板坯；经过轧前热处理后进行温轧；酸洗烘干后进行冷轧得到光亮的高硅电工钢带材；具体工艺步骤为(1)定向凝固采用区域熔化定向凝固方法，将真空熔炼的Fe-(5 7)wt%Si合金铸坯制备成具有强〈100〉取向的柱状晶棒坯或板坯；(2)轧前热处理将步骤(I)中制备的柱状晶高硅电工钢坯料以15 25°C/min的速度加热到90(Tl200°C并保温O. 25 4h，然后采用5(T400°C /s的冷却速度淬火；将淬火坯料在 30(Γ500 下保温O. f Ih后空冷，进行去应力退火，以降低高硅电工钢表面拉应力，进一步提高其塑性加工性能；(3)中温轧制将步骤(2)处理后的高硅电工钢坯料在30(T50(TC保温l(T20min后进行轧制，轧制速度为5 20m/min ;严格控制合金道次变形量为.5°/Γ20%，轧板最终厚度为f3mm ； 轧后空冷，对温轧板坯进行酸洗去除表面氧化皮后烘干；(4)室温轧制将步骤(3)制备的温轧板坯在室温下进行反复轧制，第一道次变形量为 20%飞0%，其余道次变形量控制在5°/Γ20%，最终轧制成厚度O. 30mm以下、表面光亮、板型良好、边裂少、成材率高的冷轧带材。
全文摘要
本发明提供了一种高硅电工钢带材的制备方法，属于金属材料制备加工技术领域。其特征是以定向凝固法制备的强取向柱状晶组织高硅电工钢棒坯或板坯为坯料；采用加热+淬火+去应力退火工艺对棒坯或板坯进行轧前热处理；将热处理后的坯料在300~500℃保温10~20min，出炉后中温轧制至厚度1~3mm；温轧板坯经酸洗烘干后进行室温冷轧并严格控制道次变形量，反复轧制到厚度0.30mm以下从而获得冷轧带材。本发明的优点在于采用“定向凝固+轧前热处理+中温轧制+室温轧制”的新工艺制备高硅电工钢带材无需中间退火，工艺流程短、生产效率高；所制备的高硅电工钢带材表面光亮，板型良好、边裂少、成材率高。
文档编号C21D8/02GK102605153SQ201210082910
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者付华栋, 张志豪, 谢建新 申请人:北京科技大学