CN103273043B - 一种纯铁/柱状晶高硅电工钢复合板坯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种纯铁/柱状晶高硅电工钢复合板坯的制备方法，属于金属材料制备加工技术领域。本发明采用电磁约束定向凝固技术，以板状柱状晶组织高硅电工钢为基体，以等轴晶组织纯铁为两侧面复合层，制备了一种纯铁/柱状晶高硅电工钢复合板坯，且柱状晶高硅电工钢侧面与纯铁之间达到了良好的冶金结合。采用本发明所制备复合板坯可提高高硅电工钢轧制时侧面静水压力，从而有效减轻或避免高硅电工钢的轧制边裂问题，具有重要的工程意义。
Description
技术领域：
本发明涉及一种双金属复合材料的制备技术，属于金属复合材料制备加工技术领域，特别是提供了一种纯铁/柱状晶高硅电工钢复合板坯的制备方法。
背景技术：
高硅电工钢（Fe-6.5wt%Si合金）与普通电工钢相比，具有磁致伸缩系数接近于零、铁损低等优异的软磁性能。但普通铸造组织高硅电工钢的中低温脆性大，温轧和冷轧时边裂非常严重，因而难以采用常规的铸-轧工艺制备厚度0.1~0.3mm的带材，严重影响了其在工业领域的广泛应用。另一方面，纯铁价格低廉且塑性加工性能优异。
因此，若将高硅电工钢和纯铁复合，制备出双金属复合材料（纯铁复合在高硅电工钢板坯的侧面），可较少或者避免高硅电工钢轧制边裂，大幅度提高合金成材率。
目前已有公开报道的双金属复合板材或带材的制备方法主要为固-固复合法，如挤压复合法[许大翔．双金属复合装饰板及其制造方法．中国发明专利：CN102774069A，公开日：2012.11.14．]，轧制复合法等[孟亮，刘嘉斌，田丽．一种Cu/Ag双金属复合板制备方法．中国发明专利：CN1739913A，公开日：2006.03.01．]，这些方法均需要金属界面处发生大量塑性变形，使得表面金属层破裂，在压力作用下通过塑性变形和原子间的扩散实现结合。高硅电工钢的变形性能差，很难通过大塑性变形实现双金属复合。有关固-液复合制备双金属复合材料的研究主要集中在棒材上，主要方法有离心铸造法[方大成，姚曼．双金属离心铸造工艺参数的控制．铸造，1997（6）：37-39．]、双流连铸梯度复合法[张卫文，邹敢峰，邓长宁，等．以连续铸造方法制备梯度材料的实验研究．金属学报，1998（34）：609-614．]、双结晶器连铸法[谢建新，吴春京，李静媛．多层复合材料一次铸造成形设备与工艺．中国发明专利：ZL98101042.3，2000.10.21．]、充芯连铸法[谢建新，吴春京，周成，等．一种包覆材料一次铸造连续成形设备与工艺．中国发明专利：ZL01109076.6，2003.9.3．]等。上述方法分别广泛应用于制备复合钢坯、Al-Si系列合金、铜-锌-铝合金复合材料、铜包铝复合材料等。但上述制备方法也存在一些不足：（1）工艺较复杂，控制要求高；（2）多适合制备棒状复合材料；（3）所制备样品组织为普通铸造组织，较难实现组织的精确控制。
本申请发明人前期研究发现，通过定向凝固制备的柱状晶组织高硅电工钢与普通等轴晶组织高硅电工钢相比，塑性变形性能得到了显著提升[Xie J X, Fu H D, Zhang Z H, et al. Deformation twinning feature and its effects on significant enhancement of tensile ductility in columnar-grained Fe–6.5wt.%Si alloy at intermediate temperatures. Intermetallics, 2012, 23: 20-26.]。采用定向凝固+热处理+包套轧制的工艺实现了高硅电工钢薄带的制备，其中包套轧制（包覆材料为不锈钢或纯铁等）可提高变形区静水压力、减小轧制过程中坯料温度的不均匀降低，从而减轻或避免轧制边裂问题，较大幅度提高高硅钢带材的成材率。[谢建新，付华栋，张志豪，等．一种高硅电工钢薄带的短流程高效制备方法．中国发明专利，申请号：201010195520.4，申请日：2010.5.31．]。但该方法也存在使用包套材料和去除包套材料耗费人力物力、工艺复杂、成本高等问题。
本发明专利以上述专利技术为基础，开发直接制备具有柱状晶组织的高硅电工钢板材两侧复合纯铁的纯铁/柱状晶高硅电工钢复合板坯的技术，通过提高坯料整体的塑性变形性能，达到提高高硅电工钢薄带制备效率的目的。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种纯铁/柱状晶高硅电工钢复合板坯的高效制备方法，可在实现高硅电工钢凝固组织精确控制的同时实现纯铁与高硅钢的有效复合，充分发挥柱状晶高硅电工钢塑性显著提升和纯铁变形性能优异的优点，为高硅电工钢带材制备提供高性能坯料。
一种纯铁/柱状晶组织高硅电工钢复合板坯的制备方法，其特征是其特征是以板状柱状晶组织高硅电工钢为基体，以等轴晶组织纯铁为两侧面复合层，且柱状晶高硅电工钢侧面与纯铁之间形成良好的冶金结合；具体制备工艺如下：
（1）合金坯料准备：采用真空感应熔制高硅电工钢铸锭，成分为Fe-(5.0~7.0)wt%Si，在700~1100℃范围内将铸锭锻造成板状坯料作为基体；以工业生产的纯铁片作为两侧面复合层，单侧复合层的厚度为复合板坯总宽度的0.5%~10%；将板状高硅电工钢基体和片状纯铁复合层表面清洗干净，烘干；
（2）复合坯料定向凝固：采用电磁约束定向凝固技术制备复合坯料，具体步骤包括：
A. 采用高纯石英板和片状纯铁组合成复合铸型，石英板与纯铁片之间采用耐火泥粘结，酒精清洗后烘干；
B. 将高硅电工钢板坯放入复合铸型中，采用高频感应器将高硅电工钢板坯熔化，严格控制加热温度在1460~1520℃，冷却方式采用移出铸型水冷，铸型移出速度控制在0.5~100mm/min，保证基体熔化，纯铁复合层不熔化，整个过程伴随惰性气体保护，进而制得基体为柱状晶组织高硅电工钢，复合层为等轴晶组织纯铁的双金属复合材料板坯，且高硅电工钢与纯铁界面达到冶金结合状态。
本发明的优点：
（1）采用电磁约束定向凝固技术，通过温度、铸型移出速度精确控制，保证高硅电工钢基体熔化后定向凝固而复合层不熔化，在获得具有良好变形性能的柱状晶组织高硅电工钢的同时，保持两侧纯铁复合层的完整性；
（2）高硅电工钢和纯铁之间为冶金结合，可提高高硅电工钢轧制时侧部静水压力，从而有效减轻或避免高硅电工钢的轧制边裂问题。
附图说明：
图1为纯铁/柱状晶高硅电工钢复合坯料制备工艺示意图
具体实施方式
实施例1：
（1）合金坯料准备：采用真空感应熔制高硅电工钢（Fe-6.5wt%Si）铸锭，在850~1050℃范围内将铸锭锻造成板状坯料作为基体（尺寸：55mm×6mm×100mm）；以商业生产的纯铁片作为侧面复合层（尺寸：7mm×2mm×100mm）。将板状高硅电工钢基体和片状纯铁复合层表面清洗干净，烘干。
（2）复合坯料定向凝固：采用电磁约束定向凝固技术，对复合坯料进行定向凝固制备，具体步骤包括：A. 采用高纯石英板（尺寸：64mm×1.5mm×100mm）和片状纯铁（尺寸：7mm×2mm×100mm）组合成复合铸型，石英板与纯铁片之间采用耐火泥粘结，酒精清洗后烘干；B. 将高硅电工钢板坯放入复合铸型中，采用高频感应器将高硅电工钢基体熔化，严格控制加热温度在1480℃，冷却方式采用移出铸型水冷，铸型移出速度控制在1mm/min，保证基体熔化，纯铁复合层不熔化，整个过程伴随惰性气体保护，进而制得基体为柱状晶组织高硅电工钢，复合层为等轴晶组织纯铁的双金属复合材料板坯，高硅电工钢与纯铁界面达到冶金结合。
实施例2：
（1）合金坯料准备：采用真空感应熔制高硅电工钢（Fe-6wt%Si）铸锭，在700~1000℃范围内将铸锭锻造成板状坯料作为基体（尺寸：60mm×7mm×200mm）；以商业生产的纯铁片作为侧面复合层（尺寸：8mm×3mm×200mm）。将板状高硅电工钢基体和片状纯铁复合层表面清洗干净，烘干。
（2）复合坯料定向凝固：采用电磁约束定向凝固技术对复合坯料进行定向凝固制备，具体步骤包括：A. 采用高纯石英板（尺寸：68mm×1.5mm×200mm）和片状纯铁（尺寸：8mm×3mm×200mm）组合成复合铸型，石英板与纯铁片之间采用耐火泥粘结，酒精清洗后烘干；B. 将高硅电工钢板坯放入复合铸型中，采用高频感应器将高硅电工钢基体熔化，严格控制加热温度在1500℃，冷却方式采用移出铸型水冷，铸型移出速度控制在1.5mm/min，保证基体熔化，纯铁复合层不熔化，整个过程伴随惰性气体保护，进而制得基体为柱状晶组织高硅电工钢，复合层为等轴晶组织纯铁的双金属复合材料板坯，高硅电工钢与纯铁界面冶金达到结合。
Claims (1)
1.一种纯铁/柱状晶组织高硅电工钢复合板坯的制备方法，其特征是以板状柱状晶组织高硅电工钢为基体，以等轴晶组织纯铁为两短边侧面复合层，且柱状晶高硅电工钢侧面与纯铁之间形成良好的冶金结合；具体制备工艺如下：
(1)合金坯料准备：采用真空感应熔制高硅电工钢铸锭，成分为Fe-(5.0～7.0)wt％Si，在700～1100℃范围内将铸锭锻造成板状坯料作为基体；以工业生产的纯铁片作为两侧面复合层，单侧复合层的厚度为复合板坯总宽度的0.5％～10％；将板状高硅电工钢基体和片状纯铁复合层表面清洗干净，烘干；
(2)复合坯料定向凝固：采用电磁约束定向凝固技术制备复合坯料，具体步骤包括：
A.采用高纯石英板和片状纯铁组合成复合铸型，石英板与纯铁片之间采用耐火泥粘结，酒精清洗后烘干；
B.将高硅电工钢板坯放入复合铸型中，采用高频感应器将高硅电工钢板坯熔化，严格控制加热温度在1460～1520℃，冷却方式采用移出铸型水冷，铸型移出速度控制在0.5～100mm/min，保证基体熔化，纯铁复合层不熔化，整个过程伴随惰性气体保护，进而制得基体为柱状晶组织高硅电工钢，复合层为等轴晶组织纯铁的双金属复合材料板坯，且高硅电工钢与纯铁界面达到冶金结合状态。
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