[发明专利]一种取向梯度高硅钢复合板材的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属磁性材料制备加工技术领域，涉一种取向梯度高硅钢复合板材的制备方法。

背景技术

高硅钢一般也称作高硅电工钢，指的是硅元素含量高于3.5％(质量分数，下同)的硅铁合金。在该材料中随着硅元素含量的增加，材料可表现出优异的软磁性能，如磁导率和电阻率升高、铁损降低、磁致伸缩系数减小等；作为制造扼流线圈、高频下的磁屏蔽用器件和高速高频电机等设备用材料是十分适合的。

在室温下高硅钢合金即硬又脆，机械加工性能很差，在常规的轧制设备上难以加工成板材，而要获得取向高硅钢板材则更加困难。近几十年来，科研人员一直大力投入到该合金板材的研发中。日本Takada等人采用化学气相沉积技术制备6.5wt％高硅钢板材，该技术的原理是针对普通的硅钢板表面采用SiCl₄气体在密闭设备内进行渗硅处理，之后再对该合金板材进行扩散热处理，该工艺可以改变扩散热处理的温度和时间来控制扩散程度，从而得到硅元素呈现梯度分布的板材。该技术虽然实现了产业化，但环境污染严重、工艺复杂、生产周期长。[Takada Y,et al.Commercial scale production of Fe-6.5wt.％Si sheet and its magnetic properties.Journal of Applied Physics,1988,64(10):5367-5369.]。北京科技大学林均品等通过定向凝固法制备高硅钢的铸坯，采用传统热轧并结合冷轧工艺制备6.5wt％高硅钢的薄带，通过冷轧后的薄带板形良好，表面平整、具有金属光泽，但该方法很难制备出硅元素呈现梯度分布的板材[林均品，等.6.5wt％Si高硅钢冷轧薄板制备工艺、结构和性能,前沿科学,2007,2:13-26.]。韩静涛等采用离心浇铸三层结构的复合管为高硅钢的坯料，采用热轧并结合冷轧的方式制备出了厚度不等的高硅钢板；但上述制备工艺中在热轧前要对三层的复合管坯进行破开，而该坯料经剖开后为扇形，由于扇形的内外壁宽度不同，经过热轧后复合板的上下面厚度不均匀，变形后要切边，会导致一定程度的材料浪费[韩静涛等.一种高硅钢板的短流程制备工艺.中国发明专利，申请号201010541511.6，公开日2011-03-16.]。日本有项专利中采用MnS或AlN作为抑制剂，并通过热轧、温轧和冷轧的工艺制备0.2mm的高硅钢薄板，再经过二次再结晶可以获得(110)[001]织构，但该方法难以制备梯度高硅钢板材[Production of grain oriented high-Si silicon steel sheet,日本专利,JP63089622A]。中国有项专利，采用溅射沉积的方法在普通硅钢板上制备一层硅铁合金膜，再采用相同的方法制备一层AlN、TiN或MgO等薄层，结合轧制和热处理，最后在其表面形成取向Fe/Si膜。但该方法缺点也十分明显，制备的板材尺寸有限、基体表面的Fe/Si成份难以均匀，且该方法不利于工业化生产[一种高硅取向硅钢薄板的制备方法,中国专利,CN100999822A.]。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种取向梯度高硅钢复合板材的制备方法，从材料制备源头克服高硅钢塑性差难变形的缺陷，通过最后的冷轧工艺控制复合板的晶粒取向，从而简化制备加工流程，提高该材料的磁性能。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是，

一种取向梯度高硅钢复合板材的制备方法，包括以下步骤：

(a)芯层铸坯：芯层的熔炼在真空电磁感应加热炉中进行，原料为硅元素含量3％普通硅钢和硅元素含量为99.9％的工业硅块，熔炼温度在1550-1600℃之间，得到硅元素含量为10％-15％的芯层铸坯溶液；

(b)包覆浇铸：对步骤(a)中得到的芯层铸坯溶液等冷却后采用线切割切取具有一定尺寸的矩形块，芯层的矩形块在浇铸模具中由垫片支撑处于悬空状态，垫片材质为普通硅钢，在真空电磁感应加热炉中进行包覆浇铸，包覆原料为普通硅钢，熔炼温度在1500-1550℃之间；

(c)锻压：对步骤(b)中得到的复合板铸坯进行锻压，加热温度为1150-1200℃之间，保温50-90min，锻压温度为950-1150℃之间，压下量为25-40％，锻压后复合板的额厚度不大于热轧机的咬入上限；

(d)热轧：对步骤(c)中的复合板进行热轧，加热温度1200-1250℃之间，保温40-60min，热轧温度为900-1200℃之间，第一道次压下量不小于50％；