专利名称：一种包覆高硅钢热轧板及其制备方法
技术领域：
本发明涉及硅钢及制备方法，具体地指包覆高硅钢热轧板及其制备方法。
背景技术：
高硅钢主要应用于制作高频电机、逆变及高频变压器铁芯，以及代替部分铁镍合金及非晶磁材用于高频滤波器、间歇振荡变压器、脉冲变压器、灵敏断电器等。与传统的3%fftSi硅钢相比，6. 5%fftSi高硅钢片在高频下的铁损可以下降50%以上，磁致伸缩几乎为 0，其最大磁导率达到峰值，噪音低，同时在相同噪音水平下具有较高的设计磁感，因而可以实现铁芯的高频率、低噪音、小型化、低成本。但是，随着硅含量的增加，因为硅的固溶强化使得高硅钢片的强度、硬度增加，塑性降低,机械加工性能恶化；同时DO3有序相的存在，使其塑性进一步恶化，脆性增加；低温下的断面收缩率和延伸率在超过4. 9%Si时几乎为零，无法用普通轧制方法来生产。日本NKK钢管公司的CVD产品实现了批量化生产，尽管是世界上最成功的、最先进的技术，但还是存在沉积温度高、出现腐蚀坑洼、设备寿命短、污染严重及制造成本很高等问题。为了得到厚度在O. 50_及以下的高硅钢薄板，人们探索了很多种制造方法，归纳为以下两类
一、轧制法改善轧制性能的方法有⑴调整成分，如加碳、加硼、加镍、铬、钛、钒、铌等合金元素，但其不足是通过损害电磁性能而改善轧制性能，且导致成本增加；(2)控温增塑轧制，如感应加热轧制、异步轧制、薄带铸轧、定向凝固等技术；其虽然可消除加工硬化，但无法排除过程氧化；(3)叠轧，如离心浇铸、分层实体造型，其特点是可实现冷加工，但易分
层、产生氧化夹杂。二，非轧制法采用磁控溅射、包埋渗硅、化学气相沉积、等离子气相沉积等技术。其特点是实现高硅含量容易，但存在设备要求高、环境污染严重、高温处理后表面质量差等不足。包覆轧制法目前主要用于生产复合板材，如泡沫金属夹层板，TiAl基合金薄板，高铌钛铝基合金板材等。中国专利申请号为201110064613. 8的专利文献(此专利为定向凝固方法生产取向硅钢)，有关论文中公开了一种采用不锈钢包轧制(Pack-rolling)生产高硅钢的方法。因不锈钢为非导磁材料，一定会影响成品性能，另外也不利于与高硅钢板的充分熔合，后续轧制时易起泡。中国专利申请号为CN99801041. 3的专利文献，其公开了一种采用包套轧制法制造高硅钢板的专利。该方法包括，将一块或数块叠层高硅钢板作为芯材，周围由包覆材料包覆并加以焊封，然后热轧。在这种工艺中，正确选择包覆材料和叠层钢板之间的剥离剂至关重要。当芯材(高硅钢板)的变形抗力大干或等于包覆材料的变形抗力时.在包覆层内的芯材能得到稳定的轧制，并可获得形状良好的钢板。此外还需控制芯材厚度与包套后待轧材总厚度之比，比值一般以O. 3 O. 8为宜。从焊接性、延伸率和成本等因素考虑，选择低碳钢(O. 1%0作包覆材料，并在芯材温度低于900°C时轧制是合适的，为便于轧制钢板的剥离，在钢板包覆前需涂上剥离剂。要求剥离剂能与钢板表面形成绝缘膜，并在轧制温度下不发生分解。可选用无机剥离剂Mg0、Al203、Si02、Ti02、B203和MgPO3当中的一种或数种。该方法需将包覆层与芯材在轧制后分离，只是保证温度低于900°C时高硅钢的轧制，不利于后期处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在满足抗拉强度及硬度的条件下，在280°C加热温度下延伸率大于5%，冷轧加工性能好，无需进行剥离及添加剥离剂，包覆层与芯层充分熔合，无起泡缺陷的包覆高硅钢热轧板及其制备方法。实现上述目的的措施
一种包覆高硅钢热轧板，其芯层组分及重量百分比含量为Si :6. O 8.0%，Mn:
O.10 O. 50%, Als 0. 01 O. 80%,并控制 C ≤ O. 003%, P ≤O. 005%, S ≤ O. 005%,N≤O. 003%, O≤O. 003%，其余为Fe及不可避免的杂质。制备一种包覆高硅钢热轧板的方法，其步骤
1)芯层的制备
a、冶炼并浇注成锭；
b、对铸锭进行冷却，控制冷却速度为50 200°C/h,并在700°C时保温I 2个小时； C、对钢锭加热，控制加热温度在1200 1250°C ；
d、对钢锭进行热轧开坯，轧制时采用正压与侧压方式进行；
e、选用低温切割方式切割并将表面进行清理及打磨；
f、对打磨后的芯层采用含硅为I.O 3. 0%的硅钢板进行包覆并将两者焊接为一体；
2)对包覆后的芯层进行加热，其加热温度控制在1000 1150°C，并在保护气氛下保温I 2个小时；
3)热轧至成品厚度，并控制总压下率在88 97%。其特征在于所述的包覆层娃钢板的组分及重量百分比含量为Si :1. O 3. 0%,Mn 0. 10 O. 50%, Als 0. I O. 8%,并控制 C ≤ O. 003%, P≤ O. 005%, S ≤ O. 005%,N≤O. 003%, O≤O. 003%，其余为Fe及不可避免的杂质。其特征在于在包覆时，所述的包覆层硅钢板的厚度与芯层厚度之比为I :5 I :10。本发明各元素及主要工艺参数控制的理由 成分控制方面
本发明中芯层的Si含量要求6. 0-8. 0%之间，Si < 6. 0%导致热轧板整体Si含量偏低，影响磁性能，Si高于8. 0%芯部硅含量高，热轧延伸性降低加工时断裂。包覆层中的Si含量控制在I. 0%-3. 0%，Si < I. 0%导致热轧板整体Si含量偏低，影响磁性能，Si高于3. 0%导致包覆层硬度大，脆性增高，加工时断裂不能起到包覆层保护的作用。包覆层和芯部的Mn是对磁性有利的元素含量控制在O. 10%-0. 50%范围内，Mn
<O. 10%不能起到改善磁性的作用，Mn > O. 50%改善磁性能的效果不大而且增加成本。Als是改善磁性的有利元素，其芯层的Als含量控制在O. 01 0.80%，Als<O. 015%时，对磁性的改善作用不大，由于熔融铝的粘度比较大，所以，当Als > O. 80%浇注时会堵住冒口，使浇注困难；同时，Si+Als总含量过高会增加材料脆硬性难以加工。C、P、S、N、O对磁性是有害元素，应严格控制在要求范围内。由于采用的是包覆层的化学组分与芯层的化学组分很接近的措施，故直接将低硅钢包覆层和高硅芯层通过热轧焊合在一起，不用剥离。包覆高硅钢热轧板的制备工艺方面
粗轧时钢锭加热温度控制在1200 1250°C。加热温度低于1200°C会造成粗轧后期温度低，引起断裂；高于1250°C氧化严重，热轧板秒面缺陷多加工性能变差。严格控制铸锭的冷却速度在50 200°C /h,并在700°C时保温I 2h。由于芯层硅含量高延展性和热传导性低，冷却速度过快会产生内裂纹，因此需要控制冷却速度，
<50°C时冷却速度慢，高温停留时间短氧化严重，高于200°C容易产生内裂纹加工时断裂；在700°C保温I 2小时能够平衡铸坯表层和心部的温度，防止温差过大形成内裂纹。芯层和包覆层焊接前须把表面进行清理和打磨，去除表面的麻面和坑洞，增加焊接时包覆层和芯层的结合力。在包覆时，包覆层和芯层厚度厚度之比为1:5 1:10。包覆层和芯层比< 1:10，包覆层过薄很难起到保护作用；> 1:5包覆层比较厚，导致整体硅含量降低，恶化性能。包覆后板坯的精轧加热温度为1000 1150°C，保温l_2h。温度低于1000°C包覆层和芯层硅原子扩散动力小不容易扩散，结合力不好，同时还导致终轧最后道次温度低变形抗力大，轧制困难；加热温度高于1150°C，一方面会弱化焊缝的结合力焊缝开裂，起不到保护作用，另一方面温度高氧化严重磁性恶化；保温时间< lh，包覆层和芯层温度不均匀轧制困难，保温时间> 2h氧化严重，磁性恶化。热轧总压下率在88 97%的大压下率。采用大压下率能够形成细小的纤维状组织，增加材料的塑韧性有利于后续的加工。本发明与现有技术相比，成分上没有添加影响电磁性能的有害杂质元素，保证了高硅钢板的洁净度；工艺简单、成本低、有利于冷轧及后续处理；由于采用的是包覆层的化学组分与芯层的化学组分很接近的措施，故直接将低硅钢包覆层和高硅芯层通过热轧焊合在一起，不用剥离；由于经过热轧破碎粗大的柱状晶组织，形成带状组织；包套层的延展性好，使得包套高硅钢热轧板在280°C加热温度下延伸率大于5%，达到了提高冷轧塑性的目的。
图I为本发明的包覆高硅钢热轧板结构示意图 图2为包覆高硅钢热轧板纵向厚度方向图
图3为图2包覆高硅钢热轧板纵向厚度方向硅含量分布曲线图 图4为包覆高硅钢热轧板在室温下的拉伸应力曲线 图5为包覆高硅钢热轧板在280°C下的拉伸应力曲线。图2说明在两边的包覆层为低硅，芯层为高硅，在包覆层和芯层中间的过渡层没有明显界面，形成了冶金结合，增强了包覆层和芯层的结合力。从图4可看出，在室温下包覆高硅钢板的拉伸延展性很低，很难进行轧制变形，Rm=625Mpa 延伸率 A5tl 只有 O. 5%。图 5使经过在280°C下包覆高硅钢板的拉伸延展性明显增高，Rm=945Mpa，延伸率A50达到15%，说明后续工艺可以进行较大压下率的冷轧。
具体实施例方式下面对本发明予以详细描述
表I为本发明各实施例及对比例的组分取值列表；
表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；
表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。本发明各实施例按照以下步骤生产
其步骤
1)芯层的制备
a、冶炼并浇注成锭；
b、对钢锭加热，控制加热温度在1200 1250°C；
C、对钢锭进行热轧开坯，轧制时采用正压与侧压方式进行；
d、对铸锭进行冷却，控制冷却速度为50 200°C/h,并在700°C时保温I 2个小时；
e、选用低温切割方式切割并将表面进行清理及打磨；
f、对打磨后的芯层采用含硅为I.O 3. 0%的硅钢板进行包覆并将两者焊接为一体；
2)对包覆后的芯层进行加热，其加热温度控制在1000 1150°C，并在保护气氛下保温I 2个小时；
3)热轧至成品厚度，并控制总压下率在88 97%。下面用实施例对发明进行说明。表I本发明各实施例及对比例的成分表(wt%)
权利要求
1.一种包覆高硅钢热轧板，其芯层组分及重量百分比含量为Si :6. O 8.0%，Mn:O.10 O. 50%, Als 0. 01 O. 80%,并控制 C 彡 O. 003%, P 彡 O. 005%, S 彡 O. 005%,N彡O. 003%, O彡O. 003%，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.制备权利要求I所述的一种包覆高硅钢热轧板的方法，其步骤 1)芯层的制备 a、冶炼并浇注成锭； b、对铸锭进行冷却，控制冷却速度为50 200°C/h,并在700°C时保温I 2个小时； C、对钢锭加热，控制加热温度在1200 1250°C ； d、对钢锭进行热轧开坯，轧制时采用正压与侧压方式进行； e、选用低温切割方式切割并将表面进行清理及打磨； f、对打磨后的芯层采用含硅为I.O 3. 0%的硅钢板进行包覆并将两者焊接为一体； 2)对包覆后的芯层进行加热，其加热温度控制在1000 1150°C，并在保护气氛下保温I 2个小时； 3)热轧至成品厚度，并控制总压下率在88 97%。
3.如权利要求2所述的生产一种包覆高硅钢热轧板的方法，其特征在于所述的包覆层硅钢板的组分及重量百分比含量为Si :1. O 3. 0%，Mn :0. 10 O. 50%, Als :0. I O.8%,并控制 C 彡 O. 003%, P 彡 O. 005%, S 彡 O. 005%, N 彡 O. 003%, O 彡 O. 003%,其余为 Fe及不可避免的杂质。
4.如权利要求2所述的生产一种包覆高硅钢热轧板的方法，其特征在于在包覆时，所述的包覆层硅钢板的厚度与芯层厚度之比为I :5 I :10。
全文摘要
一种包覆高硅钢热轧板及其制备方法，其芯层组分及重量百分比含量为Si6.0～8.0%，Mn0.10～0.50%，Als0.01～0.80%，并控制C≤0.003%，P≤0.005%，S≤0.005%，N≤0.003%，O≤0.003%；制备步骤芯层制备；对包覆后的芯层加热；热轧至成品厚度。本发明成分简单，没有添加影响电磁性能的有害元素，保证了高硅钢板的洁净度；工艺简单、成本低；直接将低硅钢包覆层和高硅芯层通过焊合热轧在一起，不用剥离；由于经过热轧破碎粗大的柱状晶组织，形成带状组织；包覆层的延展性好，使得包覆高硅钢热轧板在低温下的延伸率大于5%，达到了提高冷轧塑性的目的。
文档编号C22C38/04GK102816972SQ20121032854
公开日2012年12月12日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者冯大军, 郑泽林, 骆忠汉, 毛炯辉, 杜光梁, 朱业超, 陈圣林, 王向欣, 石文敏, 东青, 张凤泉, 张福斌, 曾春, 甘晓龙, 蔡俊, 王威, 党宁员, 孙宜强 申请人:武汉钢铁(集团)公司