[发明专利]一种硅含量梯度分布的高硅电工钢薄带的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种硅含量梯度分布的高硅电工钢薄带的制备方法。

背景技术

电工钢是电力电子设备中用量最大的软磁材料，主要用于变压器和电机的铁芯。电工钢中随硅含量的增加，电阻率和磁导率增加，矫顽力和磁晶各向异性能降低。硅含量为6.5wt.%Si的电工钢综合软磁性能最佳，与3.0wt.%Si硅钢相比磁晶各向异性系数K1降低30%，而磁致伸缩系数λs降低90%，在使用过程中可显著降低能耗、减少噪音。随着工作频率的增大，高硅电工钢的软磁性能优势更加明显；以厚度均为0.10mm的6.5wt.%Si高硅电工钢薄带和取向电工钢薄带为例：当工作频率小于400Hz时，高硅电工钢铁损略低于取向电工钢铁损；当工作频率大于2kHz时，高硅电工钢铁损比取向电工钢铁损低40%左右。

高硅电工钢中因固溶强化导致的加工性下降十分显著，而室温下B2和DO3两种有序相的存在进一步加剧了其冷加工脆性，因为有序相会导致变形时位错的移动困难，所以很难采用普通电工钢的生产工艺制造高硅电工钢。1986年日本的中岗一秀和高田芳一通过CVD（Chemical Vapor Deposition）快速渗硅法制成了Fe-6.5wt.%Si薄板（昭61-80806），1987年他们又申请了轧制法制造Fe-6.5wt.%Si薄板的专利（昭62-103321）。1988年日本钢管公司采用CVD技术，第一次生产出厚度为0.10~0.50mm、宽度400mm的无取向Fe-6.5wt.%Si硅钢带材，1993年成功建立了全世界第一条商业化的CVD连续渗硅生产线，生产规格为0.1~0.3mm×600mm的6.5wt.%Si高硅电工钢薄带产品，其P_1/10K为8.3W/kg，比3.5wt.%Si电工钢降低一半以上。由于半导体的迅速发展，推动电器设备在更高频率下工作，并要求具有更低的铁损。为此，1995 年日本钢管公司又开发生产了0.05mm×600mm的产品，并取名为Super E Core，这种高硅电工钢薄带主要用于电力机械和磁性器件方面。

1999年，JFE公司在CVD渗硅法制造高硅电工钢薄带的基础上，通过控制渗硅和扩散工艺参数，发明了Si含量沿厚度呈梯度不均匀分布的高硅电工钢薄带，表层Si含量约为6.5wt.%，，中心层Si含量约为3.0wt.%。由于6.5wt.%Si电工钢的磁导率显著高于3.0 wt.%Si电工钢，梯度电工钢薄带中的磁导率梯度导致铁芯工作时的磁通主要集中于薄带的表层区域，以至于涡电流也集中于表层区域。铁芯损耗主要包括磁滞损耗和涡流损耗两部分，且工作频率越高，涡流损耗所占比例越大。所以具有硅含量梯度的高硅电工钢薄带在高频下工作时，显示出优越的超低铁损性能，最适合用作高频电机、高频变压器的铁芯材料，在防止铁芯过热和装备小型化、高效化方面具有独特的优势。不过，CVD方法对环境污染严重，生产效率较低。开发一种生产效率高、成本低的硅含量梯度分布的高硅电工钢薄带是目前急需解决的问题。

发明内容

针对现有硅含量梯度分布的高硅电工钢薄带在制备技术上存在的上述问题，本发明提供一种硅含量梯度分布的高硅电工钢薄带的制备方法，通过将高硅钢和普硅钢叠放后进行热叠轧，然后进行热轧和冷轧，再经过退火，使带材表面和中心层完全再结晶，并且硅原子通过复合界面向中心层扩散，制成性能优良的硅含量梯度分布的高硅电工钢薄带，并达到提高生产效率和降低成本的效果。

本发明的硅含量梯度分布的高硅电工钢薄带的制备方法按以下步骤进行：

1、制备高硅钢板，其成分按重量百分比含Si 4.5~7.0%、Al 0~2.0%、Cr 0~8.0%、Mn 0~0.5%、S≤0.05%、P≤0.05%、C≤0.05%，余量为Fe和不可避免杂质； 

2、制备普硅钢板，其成分按重量百分比含Si 0~3.5%、Al 0~1.0%、Mn 0~2.0%、P≤0.05%、S≤0.05%、C ≤0.05%，余量为Fe和不可避免杂质； 

3、选取长宽尺寸相等的两个高硅钢板和一个普硅钢板；普硅钢板去除两个表面的氧化层，两个高硅钢板各去除一个表面的氧化层；然后将普硅钢板置于两个高硅钢板之间，使高硅钢板的去除表面氧化层的一面与普硅钢板的去除氧化层的表面相对，获得组合坯料；

4、将组合坯料在惰性气氛、还原气氛、惰性还原混合气氛或真空条件下，加热至750~1250℃，保温3~600min；然后进行多道次热轧，开轧温度为700~1200℃，终轧温度为500~1000℃，首道次压下率为30~70%，总压下率为50~99%，获得复合硅钢板；