利用定向凝固板坯制备取向高硅钢冷轧薄板的方法

摘要

本发明涉及一种利用定向凝固板坯制备取向高硅钢冷轧薄板的方法，属于金属材料制备技术领域。工艺技术包括如下步骤：首先真空冶炼母铸锭，控制硅含量为4.5~10.0%，硼含量为50~2000ppm，其余为铁；然后将母铸锭重新熔化并定向凝固，形成 方向生长的柱状晶组织，板坯厚度为2~16mm；直接沿着定向凝固方向进行低温轧制，轧制温度控制在200~950℃之间，板材轧后厚度为1.0~3.0mm，变形量在50~90%；温轧板经酸洗直接进行冷轧，经多道次冷轧，最终板厚为0.5~0.1mm。优点在于，轧制是在再结晶温度以下进行，保留了原有定向凝固组织的特点，利于冷轧后二次再结晶得到取向组织，同时工艺流程大大简化，应用前景广阔。

权利要求

1.一种利用定向凝固板坯制备取向高硅钢冷轧薄板的方法，该方法包括将硅含量为

4.5~10.0%、硼含量为50~2000ppm的铸锭进行重熔再定向凝固，等到柱状晶沿<100>方向生长的定向板坯，板坯厚度2~16mm，再低温轧制，酸洗，冷轧，二次再结晶退火得到取向高硅钢，其特征在于：所述定向凝固的熔体温度在1450~1650℃之间，温度梯度控在70~500K/cm，定向凝固得到板坯后直接进行低温轧制，所述低温轧制温度控制在200~950℃之间，在此温度范围内进行一道次或多个道次的轧制，总压下率控制在50~90%；其中，所述的冷轧步骤中，第一道次压下量为10~80%，第二道次压下率为5~60%，然后反复冷轧，最终厚度为：

0.5~0.1mm；所述低温轧制，控制每道次压下量为10~70%，板坯最终温轧厚度1.0~3.0mm之间。

说明书

利用定向凝固板坯制备取向高硅钢冷轧薄板的方法

技术领域

[0001] 本发明属于金属材料制备技术领域，涉及一种利用定向凝固板坯制备取向高硅钢冷轧薄板的方法，更具体的说涉及定向板坯直接低温轧制、冷轧制备高硅钢薄板的方法。

背景技术

[0002] 硅钢，又称电工钢，是使用最大的一类软磁合金。市场上普遍使用的电工钢板的硅含量一般在1.5~3.5%（重量百分比，下同）之间。被广泛用于制造发电机、电动机、变压器、互感器、继电器、以及其他电子电器等。高硅钢的硅含量超过3.5%。随着硅含量的增加，硅钢的磁性能不断提高，比如电阻率增加，磁导率升高，磁致伸缩系数减小，铁损大幅降低等。高硅钢的优异软磁性能，使它在能源节约、降低设备噪音等领域有着广泛的应用前景。

[0003] 但随着硅含量增加，高硅钢中出现有序结构，室温下合金变的硬而且脆，加工性能急剧下降，很难采用常规的轧制方法加工成薄板，对于制备取向高硅钢板更是非常困难。目前研究制备无取向高硅钢的方法主要有：快速凝固技术[Fish G E, Chang C F, Bye R. Frequency dependence of core loss in rapidly quenched Fe-6.5wt.%Si. Journal of Applied Physics, 1988, 64(10): 5370-5372]、日本的CVD法[Takada Y, Abe M, Masuda S, Inagaki J. Commercial scale production of Fe-6.5wt.%Si sheet and its magnetic properties. Journal of Applied Physics, 1988, 64(10): 5367-5369]、特种轧制法[T.Ros-Yanez, Y. Houbaert, O. Fischer, J. Schneider, J. Mater. Production of high silicon steel for electrical application by thermomechanical processing. Journal of Materials Processing Technology, 2003, 143-144 :916-921]、喷射成形技术[Machado R, Kasama A H, et al. Evolution of the texture of spray-formed Fe-6.5wt.% Si-1.0wt.% Al alloy during warm-rolling. Materials Science and Engineering, 2007,;854-857]及逐步增塑轧制技术[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, 2:13-16]等。但这些技术生产取向高硅钢非常困难，而且部分工艺生产周期长，工艺复杂等。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种定向凝固高硅钢板坯冷轧薄板的制造方法，简化工艺流程，缩短生产周期，获得一种取向高硅钢薄板，从而使高硅钢的软磁性能进一步提高。

[0005] 为达上述目的，本发明将板坯定向凝固技术与低温轧制技术相结合，从钢坯制备源头开始控制组织和晶粒取向，然后通过控制温度和压下量，进行低温轧制，保留了原有定向凝固组织的特点，利于冷轧后二次再结晶得到取向组织，使工艺流程大大简化，应用前景广阔。

[0006] 本发明利用定向凝固板坯制备取向高硅钢冷轧薄板的方法，具体工艺流程如下：

[0007] （1）将硅含量以重量比计为4.5~10.0%、硼含量为50~2000ppm的铸锭进行重熔，利用定向设备进行定向凝固，控制柱状晶沿<100>方向生长，熔体温度在1450~1650℃之间，温度梯度控在70~500K/cm，凝固后的板坯厚度在2~16mm之间；

[0008] （2）对定向板坯进行表面处理，在200~950℃之间进行低温轧制，控制每道次压下量为10~70%，板坯最终温轧厚度1.0~3.0mm之间，总压下率为50~90%；

[0009] （3）对温轧板进行酸洗，表面打磨；

[0010] （4）冷轧，在常温下进行，第一道次压下量为10~80%，第二道次压下率为5~60%，然后反复冷轧，最终厚度为：0.5~0.1mm。

[0011] （5）对冷轧板表面预处理，然后进行二次再结晶退火获得取向高硅钢组织。

[0012] 利用此工艺，克服了传统工艺中热轧和热处理后的{111}<112>织构普遍较弱的情况。由于轧制温度是在再结晶温度一下，原始<100>方向生长的柱状晶取向组织在变形过程只是被压缩拉长，柱状晶粒的旋转程度远低于等轴晶在压缩变形过程中的旋转，部分<100>方向被保留，因此能够同时出现很强的{111}<112>织构和{110}<100>高斯织构，图2是温轧后φ2=45°时的取向分布函数截面图。根据轧制织构的遗传特性，在后续的冷轧和热处理过程中，对各阶段的织构组织进行进一步调控，最终可获得强的{110}<100>高斯织构。

[0013] 本发明方法，达到了在轧制过程中产生大量{111}<112>取向晶核的目的，提高了二次再结晶形成高斯织构的效率，将制备取向高硅钢的工艺大大简化，成本降低，提高了生产效率，具有广阔的应用前景。

附图说明

[0014] 图1 定向凝固的金相组织，

[0015] 图2 温轧后薄板45°ODF图。

具体实施方式

[0016] 实施例1

[0017] 对含硅5%、硼60ppm的高硅钢母铸锭重新熔化，利用定向设备进行定向凝固，柱状晶沿<100>方向生长，熔体温度在1480℃，温度梯度控在70K/cm，典型的金相组织如图1，凝固后的板坯厚度为5mm。

[0018] 对板坯表面进行预处理，进行低温轧制，开轧温度为500℃，终轧温度为200℃，每道次压下量为15%，板坯最终温轧厚度1.5mm，总压下率为70%；图2 温轧后薄板45°ODF图。

[0019] 对温轧板进行酸洗并表面打磨，然后室温下冷轧，第一道次压下量为60%，第二道次压下量为20%，之后反复冷轧，直至厚度达到0.1mm。

[0020] 然后对冷轧板表面处理，进行二次再结晶退火，获得取向组织。

[0021] 实施例2

[0022] 对含硅6.5%、硼1500ppm的高硅钢母铸锭重新熔化，利用定向设备进行定向凝固，柱状晶沿<100>方向生长，熔体温度在1530℃，温度梯度控在200K/cm，凝固后的板坯厚度为15mm。

[0023] 对板坯表面进行预处理，进行低温轧制，开轧温度为700℃，终轧温度为200℃，每道次压下量为20%，板坯最终温轧厚度2.0mm，总压下率为87%；

[0024] 对温轧板进行酸洗并表面打磨，然后室温下冷轧，第一道次压下量为10%，第二道次压下量为8%，之后反复冷轧，直至厚度达到0.3mm。

[0025] 然后对冷轧板表面处理，进行二次再结晶退火，获得取向组织。

[0026] 实施例3

[0027] 对含硅8.5%、硼2000ppm的高硅钢母铸锭重新熔化，利用定向设备进行定向凝固，柱状晶沿<100>方向生长，熔体温度在1590℃，温度梯度控在300K/cm，凝固后的板坯厚度为10mm。

[0028] 对板坯表面进行预处理，进行低温轧制，开轧温度为900℃，终轧温度为400℃，每道次压下量为15%，板坯最终温轧厚度1.5mm，总压下率为85%；

[0029] 对温轧板进行酸洗并表面打磨，然后室温下冷轧，第一道次压下量为30%，第二道次压下量为20%，之后反复冷轧，直至厚度达到0.3mm。

[0030] 然后对冷轧板表面处理，进行二次再结晶退火，获得取向组织。