[发明专利]高频磁性优异的高硅电工钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢材料及其制造方法，尤其涉及一种电工钢及其制造方法。

背景技术

电工钢主要用来制造电机和变压器的铁芯，是电力、电讯工业中重要的金属软磁材料。硅含量对电工钢的磁性能有着重要的影响，随着硅含量的增加，电工钢表现出优异的软磁性能，尤其是，当硅含量超过5.0wt.％的硅含量较高的电工钢的高频铁损低，其磁致伸缩系数接近于零，降噪效果明显，非常适合制造中、高频电机以及作为变压器、音频和视频磁头材料、扼流线圈和高频下的磁屏蔽材料。

然而，一旦钢材料中硅含量超过5wt.％时，钢材料将变得既硬又脆，从而使其冷加工性能严重恶化。图1为Fe-Si合金的部分二元平衡相图。从图1可以看出，当Si>5.0wt.％，Fe-Si合金从高温无序相A2(体心立方晶体，对应空间群是Im3m)状态缓慢冷却时，会发生两种固态相变：1)当温度达到790℃左右时，从A2无序相向B2有序相(β′-CuZn型晶体结构，对应空间群Pm3m)转变；以及2)当温度达到550℃左右时，B2有序相进一步向D0₃有序相(BiF₃型晶体结构，对应空间群Fm3m)转变。B2和D0₃有序相会减少合金中滑移系数量，阻碍滑移变形，这是导致高硅电工钢脆性的根本原因。

为了改善电工钢的加工性能，公开号为JP6184708A，公开日为1994年7月5日，名称为“具有优良的室温加工性的高硅钢片”的日本专利文献公开了一种高硅钢材料。该高硅钢材料的各化学元素的质量百分配比为：Si：5.0-7.0％，C：0.001-0.01％，Mn：0.01-0.5％，Sol.Al：0.001-0.01％，O：0.001-0.01％，其余是Fe和不可避免的杂质。

此外，公开号为JP6220590A，公开日为1994年8月9日，名称为“具有优良加工性能的高硅电工钢”的日本专利文献也记载了一种高硅电工钢以改善电工钢的加工性能，其化学成分按质量百分数为：Si：4-10％，C≤0.01％，Mn≤0.5％，P≤0.01％，S≤0.01％，Al≤0.2％，N≤0.01％，O≤0.02wt％，余量Fe和不可避免的杂质。

上述两篇日本专利文献所公开的技术方案都是通过高真空热处理使得晶界偏析氧元素含量降低到30at.％以下来实现晶界和晶粒尺寸的控制。

公告号为JP 5170037B2，公开日为2009年12月10日，名称为“高硅钢板及其制造方法”的日本专利文献记载了一种高硅钢板。该高硅钢板的各化学元素(wt.％)为：C≤0.02％，Si：4.5-7.5％，Mn≤2.0％，Al≤3.0％，P≤0.2％，N≤0.02％以及O≤0.02％，以形成液相中的1100-1300℃的温度范围下的0.005-1.0％的沉淀，余量的Fe和不可避免的杂质。

上述日本专利文献所公开的技术方案需要采用步骤较为复杂的化学气相沉积法来制备Si含量为4.5-7.5％的高硅电工钢，并利用在1100-1300℃产生的液态析出物来抑制晶粒长大，从而使得钢板的平均晶粒尺寸不超过薄板的厚度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高频磁性优异的高硅电工钢，该电工钢高频软磁性能优异，且具有优良的加工性能。

为了实现上述目的，本发明提出了一种高频磁性优异的高硅电工钢，其化学元素质量百分配比为：

Si：5.5-7.0％；

Mn：0.015-0.10％；

Zn、Co、V、Sn、Cr、Sb、Nb、Ni、Cu、Bi、B的至少其中之一，其总添加量为0.0010-0.50％；

余量为Fe和其他不可避免的杂质；

所述高频磁性优异的高硅电工钢的微观结构含有B2有序相或B2有序相+D0₃有序相，其中B2有序相的平均尺寸d满足：55≤d≤exp(125×Si-0.87)+2×10³×c^-1.5，其中d的单位为nm，c表示350-850℃温度区间内的冷却速率，其单位为℃/s，式中的Si表示Si元素的质量百分含量。