技术领域
[0001] 本
发明涉及金属热处理领域,具体的说,是涉及一种高磁感
取向硅钢热处理工艺。
背景技术
[0002] 取向硅钢作为一种重要的电工用钢,钢板晶体组织有一定规律和方向的硅钢,一般指具有高斯织构的单取向硅钢片,即(110)晶面平行于
轧制面、[001]晶向平行于轧制方向的硅钢。主要用于制造输变电行业中
变压器等器件的
铁芯,是电
力、
电子、军事等工业中不可或缺的软磁材料,是
支撑机电行业和
能源发展的主要功能材料之一。
[0003] 取向硅钢的制备工艺中,
退火和涂层制备步骤对取向娃钢的
质量影响最大,其工艺步骤的好坏直接影响取向硅钢的铁损和磁感应强度,并且影响后续硅钢应用的使用寿命和性能质量。虽然取向硅钢的热处理工艺已经发展了很多年,但现在效果仍然不够理想,尤其是退火和涂层制备方式的选择,还存在许多争议。
现有技术中制造的取向硅钢存在铁损高、磁感应强度低,综合
磁性能有待提高,涂层结构疏松、表面粗糙,硅钢耐
腐蚀性能差等
缺陷。如何改进取向硅钢的热处理工艺,获得性能优异的取向硅钢产品,是电工钢产业关注已久且有待解决的问题。
发明内容
[0004] 为了解决上述技术问题,本发明提供了一种高磁感取向硅钢热处理工艺,该方法可以提高硅钢产品的磁感应强度,降低铁损,改善
耐腐蚀性能和涂层附着性能。
[0005] 一种高磁感取向硅钢热处理工艺包括
冶炼、
热轧、
冷轧、中间退火、
激光熔覆、最终退火等步骤,其中,所述激光熔覆步骤中,在取向硅钢表面制备隔离涂层,工艺参数为:激光扫描速度为1~5mm/s,扫描功率为2700~3300KW,光斑直径为1~5mm,送粉速率为2~5g/min,保护气体流量为3~6L/min。
[0006] 所述工艺具体包括如下步骤:1) 冶炼:用转炉或电炉炼钢,
钢水经精炼和
连铸后,获得薄钢锭。
[0007] 2) 热轧:将所述薄钢锭加热到1000~1200℃,热轧成具有0.5-4.0mm厚度的热轧
钢带;所述薄钢锭的热轧起始
温度为1050~1100℃,终轧温度为750~800℃,并且以至少40%的压下量进行热轧第一道次。
[0008] 3) 冷轧:用一次冷轧方法轧制成0.2~0.5mm的冷轧板,最终压下率大于80%。
[0009] 4) 中间退火:在750~850℃湿N2+H2气氛中进行脱
碳退火处理,接着在连续炉p(H2O)/p(H2) < 0.01的干燥的N2+H2气氛中进行连续的900~1000℃渗氮处理,保温时间为2~10 min,进行二次再结晶。
[0010] 5) 激光熔覆:采用激光
熔覆技术在取向硅钢表面制备隔离涂层,涂层成分包含:22~25%Mg,13~15%Ti,10~13%Al,6.0~8.5%Cr,5.5~6.0%B,2.0~4.0%Sb,0.1~
1.0%Si,百分比为质量百分比。
[0011] 6) 最终退火:在75%H2和25%N2气氛下,以50℃/h的升温速度加热到1150~1250℃,然后在100%高纯H2下保温20~24小时,随后在75%H2和25%N2气氛下随炉冷却,获得最终产品。
[0012] 所述隔离涂层的厚度为20~50μm。
[0013] 所述激光熔覆步骤中,所述保护气体为氩气。
[0014] 所述热处理工艺所采用的薄钢锭的组分及重量百分比含量为:C:0.5%~0.8%,Si:2.0%~3.5%,Mn:0.2%~0.5%,Sn:0.01%~0.20%,Als:0.01%~0.03%,S:0.02%~0.03%,N<
0.01%,余量由Fe 和不可避免杂质。
[0015] 所述最终产品的磁感B8=1.80~1.82T,铁损P17/50=1.25~1.40W/kg。
[0016] 与现有技术相比,本发明的优点是:通过针对涂层成分和钢锭元素的选择,以及控制二次再结晶过程,采取特定气氛下
脱碳再渗氮处理的中间退火+特定气氛和温度时间参数下的最终退火的热处理方式,以及特定的激光熔覆工艺,使得最终的取向硅钢钢带或钢板产品,不仅磁性能优异,涂层质量良好,并且使用性能完全能够满足高容量变压器等电工钢商品应用的需求,工艺流程可适用于大规模生产。
具体实施方式
[0017] 激光是一种
相位一致、
波长一定、方向性极强的
电磁波,
激光束由一系列反射镜和透镜来控制,可以聚焦成直径很小的光(直径只有0.1mm),从而可以获得极高的功率
密度(104~109W/cm2)。激光与金属之间的互相作用按激光强度和
辐射时间分为几个阶段:吸收光束、
能量传递、金属组织的改变和激光作用的冷却等。它对材料表面可产生加热、
熔化和冲击作用。在各类激光束处理中,激光熔覆是经济效益较高的一种新的涂层表面改性技术。它可以在廉价的低性能金属表面制备出贵重的高性能
合金表面,以降低材料的成本,节约贵重稀有金属材料,降低能源消耗,提高金属零件的使用寿命。
[0018] 本发明的取向硅钢钢带或钢板的制造方法,由于精确控制涂层中Mg、Ti、Al、Cr、B、Sb和Si元素的含量和比例,在二次再结晶过程中,有利于涂层材料在高温退火升温过程中更早地形成底层,使钢中
抑制剂更稳定,进而有利于提高磁感应强度。并且,本发明之所以采取特定气氛下脱碳再渗氮处理的中间退火+特定气氛和温度时间参数下的最终退火的热处理方式,是为了改善退火生成的
氧化层,降低其与涂层材料可能发生的化学反应,避免产生限制
磁畴移动的钉扎点,进而改善取向硅钢的铁损。
[0019] 下面结合
实施例和对比例对本发明进一步详细说明。
[0020] 实施例1:一种高磁感取向硅钢热处理工艺,包括如下步骤:
1) 冶炼:用转炉或电炉炼钢,钢水经精炼和连铸后,获得薄钢锭;
2) 热轧:将所述薄钢锭加热到1000℃,热轧成具有1.0mm厚度的热轧钢带;所述薄钢锭的热轧起始温度为1050℃,终轧温度为750℃,并且以40%的压下量进行热轧第一道次;
3) 冷轧:用一次冷轧方法轧制成0.2mm的冷轧板,最终压下率为82%;
4) 中间退火:在750℃湿N2+H2气氛中进行
脱碳退火处理,接着在连续炉p(H2O)/p(H2) < 0.01的干燥的N2+H2气氛中进行连续的900℃渗氮处理,保温时间为3 min,进行二次再结晶;
5) 激光熔覆:采用激光熔覆技术在取向硅钢表面制备隔离涂层,厚度为30μm,涂层成分包含:22%Mg,13%Ti,13%Al,6%Cr,5%B,2%Sb,0.1%Si,百分比为质量百分比;激光扫描速度为2mm/s,扫描功率为2700KW,光斑直径为2mm,送粉速率为2g/min,保护气体流量为3L/min,保护气体为氩气。
[0021] 6) 最终退火:在75%H2和25%N2气氛下,以50℃/h的升温速度加热到1150℃,然后在100%高纯H2下保温20小时,随后在75%H2和25%N2气氛下随炉冷却,获得最终产品,所述最终产品的磁感B8=1.80T,铁损P17/50=1.25W/kg。
[0022] 所述热处理工艺所采用的薄钢锭的组分及重量百分比含量为:C:0.5%,Si:2.0%,Mn:0.5%,Sn:0.01%,Als:0.01%,S:0.02%,N<0.01%,余量由Fe 和不可避免杂质。
[0023] 实施例2:一种高磁感取向硅钢热处理工艺,包括如下步骤:
1) 冶炼:用转炉或电炉炼钢,钢水经精炼和连铸后,获得薄钢锭;
2) 热轧:将所述薄钢锭加热到1100℃,热轧成具有2.0mm厚度的热轧钢带;所述薄钢锭的热轧起始温度为1100℃,终轧温度为800℃,并且以45%的压下量进行热轧第一道次;
3) 冷轧:用一次冷轧方法轧制成0.3mm的冷轧板,最终压下率为85%;
4) 中间退火:在850℃湿N2+H2气氛中进行脱碳退火处理,接着在连续炉p(H2O)/p(H2) < 0.01的干燥的N2+H2气氛中进行连续的1000℃渗氮处理,保温时间为10 min,进行二次再结晶;
5) 激光熔覆:采用激光熔覆技术在取向硅钢表面制备隔离涂层,厚度为50μm,涂层成分包含:25%Mg,15%Ti,10%Al,8.5%Cr,5.5%B,2.0%Sb,0.5%Si,百分比为质量百分比;激光扫描速度为5mm/s,扫描功率为3300KW,光斑直径为5mm,送粉速率为5g/min,保护气体流量为6L/min,保护气体为氩气。
[0024] 6) 最终退火:在75%H2和25%N2气氛下,以50℃/h的升温速度加热到1250℃,然后在100%高纯H2下保温22小时,随后在75%H2和25%N2气氛下随炉冷却,获得最终产品,所述最终产品的磁感B8=1.82T,铁损P17/50=1.40W/kg。
[0025] 所述热处理工艺所采用的薄钢锭的组分及重量百分比含量为:C:0.8%,Si:3.5%,Mn:0.3%,Sn:0.10%,Als:0.02%,S:0.02%,N<0.01%,余量由Fe 和不可避免杂质。
[0026] 实施例3:一种高磁感取向硅钢热处理工艺,包括如下步骤:
1) 冶炼:用转炉或电炉炼钢,钢水经精炼和连铸后,获得薄钢锭;
2) 热轧:将所述薄钢锭加热到1200℃,热轧成具有4.0mm厚度的热轧钢带;所述薄钢锭的热轧起始温度为1080℃,终轧温度为780℃,并且以40%的压下量进行热轧第一道次;
3) 冷轧:用一次冷轧方法轧制成0.5mm的冷轧板,最终压下率为83%;
4) 中间退火:在750~850℃湿N2+H2气氛中进行脱碳退火处理,接着在连续炉p(H2O)/p(H2) < 0.01的干燥的N2+H2气氛中进行连续的950℃渗氮处理,保温时间为5 min,进行二次再结晶;
5) 激光熔覆:采用激光熔覆技术在取向硅钢表面制备隔离涂层,厚度为30μm,涂层成分包含:23%Mg,13%Ti,12%Al,7.5%Cr,6.0%B,2.5%Sb,0.8%Si,百分比为质量百分比;激光扫描速度为3mm/s,扫描功率为2900KW,光斑直径为3mm,送粉速率为2g/min,保护气体流量为4L/min,保护气体为氩气。
[0027] 6) 最终退火:在75%H2和25%N2气氛下,以50℃/h的升温速度加热到1200℃,然后在100%高纯H2下保温24小时,随后在75%H2和25%N2气氛下随炉冷却,获得最终产品,所述最终产品的磁感B8=1.81T,铁损P17/50=1.30W/kg。
[0028] 所述热处理工艺所采用的薄钢锭的组分及重量百分比含量为:C:0.6%,Si:2.5%,Mn:0.4%,Sn:0.15%,Als:0.02%,S:0.02%,N<0.01%,余量由Fe 和不可避免杂质。
[0029] 对比例1:本发明的制造方法中,当改变涂层成分和钢锭元素的选择时,特别是涂层材料的Mg、Ti、Al、Cr、B、Sb和Si组成元素和含量发生改变,将影响最终产品的涂层质量不佳,疏松有孔洞,易剥离,耐腐蚀性能差等缺陷。
[0030] 对比例2:当退火工艺和涂层制备工艺或参数发生改变时,将导致硅钢微观结构变化,磁畴细化不足,涂层与硅钢发生氧化物之间的反应,增加
磁滞损耗,综合磁性能降低,使用寿命下降。
[0031] 由实施例1-3和对比例1和2可以看出,实验结果表明:本发明通过针对涂层成分和钢锭元素的选择,以及控制二次再结晶过程,采取特定气氛下脱碳再渗氮处理的中间退火+特定气氛和温度时间参数下的最终退火的热处理方式,使得最终的取向硅钢钢带或钢板产品,不仅磁性能优异,涂层质量良好,并且使用性能完全能够满足高容量变压器等电工钢商品应用的需求,工艺流程可适用于大规模生产。
[0032] 尽管已经示出和描述了本
专利的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本专利的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、
修改、替换和变型,本专利的范围由
权利要求及其等同物限定。