CN107201479B - 一种提高Fe-6.5％Si钢板塑性的温轧工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高Fe‑6.5％Si钢板塑性的温轧工艺，属于冶金材料技术领域。一种提高Fe‑6.5％Si钢板塑性的温轧工艺，所述工艺是将Fe‑6.5％Si钢板板材于轧机中进行温轧，所述温轧条件如下：轧制道次间压下率为8～10％，轧机辊速为0.03m/s，在每道次轧制前，将钢板加热至580℃～620℃，最终得Fe‑6.5％Si钢板终轧产品。本发明所述工艺具有生产成本低、无污染、易于操作、显著提高轧制Fe‑6.5％Si钢的塑性等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高Fe-6.5％Si钢板塑性的温轧工艺，属于冶金材料技术领域。
背景技术
高硅钢一般是指含4.5-6.7wt.％Si的Fe-Si合金，随着硅含量的增加，电阻率会不断升高，因而使得铁损不断降低。当硅钢中硅含量提高到6.5wt.％时，不仅铁损达到很低的水平，而且磁致伸缩也会减小到接近于零，适合于高频、低噪音、低铁损的条件下应用，用于制造高频变压器及电机的铁芯、高频扼流圈、高频下的磁屏蔽构件及电抗器等软磁材料，近些年成为世界功能材料领域的研究热点。
Fe-6.5％Si钢具有十分优异的软磁性能，但是由于B2和DO3有序相的存在，导致其室温加工塑性差，难以通过常规轧制工艺加工生产符合要求的薄带或板材，从而限制其在工业领域的应用和发展。如果能在传统轧制工艺的基础上，研发出新的轧制工艺，提高产品的塑性加工性能，那么Fe-6.5％Si钢的应用领域将会被大大拓宽，而且在节能方面将会产生难以估量的作用。
发明内容
本发明提供一种提高Fe-6.5％Si钢板塑性的温轧工艺方法。本发明所述工艺在580℃～620℃进行温轧，通过形变减小有序畴尺寸，降低有序相含量及有序度，即发生形变诱导无序化，从而提高合金的塑性。
一种提高Fe-6.5％Si钢板塑性的温轧工艺，所述工艺是将Fe-6.5％Si钢板板材于轧机中进行温轧，所述温轧条件如下：轧制道次间压下率为8～10％，轧机辊速为0.03m/s，在每道次轧制前，将钢板加热至580℃～620℃，最终得Fe-6.5％Si钢板终轧产品。
本发明所述“Fe-6.5％Si钢板”组成成分及重量百分比含量为：Si 6.5～6.6％，C<0.01％，Mn<0.01％，P<0.01％，S<0.01％，余量Fe。
本发明所用的原材料Fe-6.5％Si钢，所述Fe-6.5％Si钢的成分除了包含少量的C、S、P等杂质元素外，不添加任何的合金元素，最大程度的保护了Fe-6.5％Si钢的软磁性能。
本发明所述温轧工艺所用轧机为现有技术中公开的可用于钢板轧制的轧机，如四辊冷轧机。
本发明所述温轧工艺所述的温轧温度为580℃～620℃，目的是软化温轧板的基体组织。虽然位错密度的上升会造成加工硬化，但变形引起有序程度的破坏会逐渐降低反向畴区与非反向畴基体区域能量状态的差异，降低滑移阻力，有利于部分位错在相互斥力作用下独立滑移运动，因此变形反而会提高基体的塑性变形能力，呈软化现象；所述的道次间压下率为8～10％，目的是保证在温变形过程中，温轧板的板形良好，不发生角裂、边裂等表面缺陷。所述的道次间加热时间优选为1～3min，目的是为了保证温轧板达到所需的温轧温度(580℃～620℃)，在恒定的温轧温度进行反向畴的破碎与位错组态的变化，从而软化基体组织，提高其塑性变形能力。
进一步地，优选所述温轧条件如下：轧制道次间压下率为8～10％，轧机辊速为0.03m/s，在每道次轧制前，将钢板加热至600℃，最终得Fe-6.5％Si钢板终轧产品。
进一步地，所述温轧轧制的轧制力优选为200～240kN，以保证在轧制过程中板形良好。
进一步地，所述Fe-6.5％Si钢板板材的厚度为1～3.35mm，优选为1mm，1.43mm，2mm或3.35mm。
进一步地，所述Fe-6.5％Si钢板终轧产品的厚度为0.5mm。
进一步地，所述工艺包括退火的步骤：将所述Fe-6.5％Si钢板终轧产品在氮气保护下，于在950℃保温1h退火，得Fe-6.5％Si钢板产品。
本发明所述提高Fe-6.5％Si钢板塑性的温轧工艺，优选所述Fe-6.5％Si钢板板材按下述方法获得：
将工业纯铁和纯硅按照配比置于真空感应炉进行熔炼，加热温度为1500℃～1550℃，真空度为0.5×10-2～0.6×10-2Pa；待熔化至钢液后进行冶炼，并且在冶炼5 分钟后通入惰性气体，出钢温度为1550～1580℃，浇铸到砂型模中，待钢液冷却后脱模；在1250℃下采用空气自由锻压铸锭，锻成50mm厚的方坯；将锻坯在1200℃保温1h后，在Ф450mm×450mm二辊可逆实验热轧机上进行无润滑热轧并经8道次热轧至4mm，开轧温度为1150～1200℃，终轧温度为850～870℃；在1200℃温度下保温1h后，在850～950℃下经1～4道次热轧至1～3.35mm，然后空冷至室温；将热轧板在950℃保温1h进行常化处理后，空冷至室温，得Fe-6.5％Si钢板板材。
所述二次热轧工序轧制至1～3.35mm，目的在于在热轧过程中对组织进行细化，利于后续温轧的进行。
本发明的有益效果为：本发明与常规冷轧技术相比较，具有显著提高Fe-6.5％Si钢塑性变形能力的积极效果。这是因为Fe-6.5％Si钢温变形软化机制为形变诱导无序化和动态回复。在中温形变过程中，大量超位错的运动能有效破碎B2或DO3有序相，有序相的含量、尺寸及有序度不断降低，发生形变诱导无序化。在形变后期产生了大量的位错胞和亚晶组织，发生了明显的动态回复，使位错密度大大降低，有效消除了部分加工硬化，这两方面的作用显著提高了Fe-6.5％Si钢的塑性，从而实现软化基体组织的作用。整个轧制工序只需要加热处理→恒温温轧这样一个循环过程，轧制过程简易，整个过程中不引入任何化学试剂，不会对环境产生污染；本发明不需要向原有的合金中添加其它合金元素，不会对Fe-6.5％Si钢的软磁性能产生影响；因此本发明所述工艺具有生产成本低、无污染、易于操作、显著提高轧制Fe-6.5％Si钢的塑性等优点。
附图说明
图1为本发明实例4中的Fe-6.5％Si温轧板的反相畴透射电镜照片；
图2为本发明实例1-4中不同温轧压下率的Fe-6.5％Si温轧板的三点弯曲性能图；
图3为本发明实例1-4中的Fe-6.5％Si温轧板与冷轧板的实物图，(a)85％压下率温轧板；(b)75％压下率温轧板；(c)65％压下率温轧板；(d)50％压下率温轧板；(e)冷轧板。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
本实施方式采用采用TECNAIG220透射电子显微镜观察Fe-6.5％Si温轧板的反相畴暗场图像。
本发明实施例中按照GB/T232-2010制成矩形标准三点弯曲试样，在 CMT5105-SANS微机控制电子万能实验机上进行三点弯曲测试。
本发明一个示例性实施方案为：
一种提高Fe-6.5％Si钢板塑性的温轧工艺，包括下述工艺步骤：
一、将工业纯铁和纯硅按照配比放入真空感应炉进行熔炼，加热温度为1500℃～1550℃，真空度为0.5×10-2～0.6×10-2Pa。待熔化至钢液后进行冶炼，并且在冶炼5 分钟后通入惰性气体，出钢温度为1550～1580℃，浇铸到砂型模中，待钢液冷却后脱模；
二、在1250℃下采用空气自由锻锻压铸锭，锻成50mm厚的方坯；
三、锻坯在1200℃保温1h后，在Ф450mm×450mm二辊可逆实验热轧机上进行无润滑热轧并经8道次热轧至4mm，开轧温度为1150～1200℃，终轧温度为 850～870℃。在1200℃温度下重新保温1h后，在850～950℃下经1～4道次热轧至1mm， 1.43mm，2mm或3.35mm，然后空冷至室温；
四、热轧板在950℃保温1h进行常化处理后，空冷至室温；
五、将常化处理工序得到的退火板进行酸洗处理后置于加热炉中加热至 580～620℃，保温时间为10～15分钟，随后迅速取出并利用四辊冷轧机进行温轧，道次间加热时间为3min使轧板加热至580～620℃，道次间压下率为8～10％，轧机辊速为0.03m/s，Fe-6.5％Si钢薄板的终轧厚度为0.5mm，温轧压下率分别为50％，65％， 75％及85％；
六、在950℃保温1h最终退火，所有退火工序均在N2保护气氛下进行。
实施例1
将工业纯铁(含99.5wt.％Fe)和纯硅(含99wt.％Si)作为原材料，C、Mn、S、 P等杂质元素的质量百分比小于0.01％，按照6.5wt.％Si，余量纯铁的配比放入真空感应炉熔炼，真空度为0.5×10-2Pa，加热温度为1500～1550℃，完全熔化成钢液后再冶炼5分钟后通入氩气，1570℃出钢将钢液浇铸到砂型模中，等钢液冷却后脱模；
将铸锭加热到1250℃，采用空气自由锻锻压铸锭，锻成50mm厚的方坯；
在1200℃保温1h后，热轧阶段的开轧温度为1150℃，在Ф450mm×450mm二辊可逆实验热轧机上进行无润滑热轧并经8道次热轧至4mm，终轧温度为855℃。在 1200℃温度下重新保温1h后，在850℃下经1道次热轧至3.35mm，空冷至室温；
将热轧板放入加热炉中进行常化处理，加热温度为950℃，保温1h后，空冷至室温；
将常化处理工序得到的3.35mm退火板进行酸洗处理后在加热炉中加热至600℃，保温时间15分钟，然后迅速取出利用四辊冷轧机进行温轧，轧制温度为600℃，轧机辊速为0.03m/s，轧制力为200kN，每个道次的压下率为10％。每个道次结束后迅速将轧件加热炉中，保温3分钟，使轧件温度升至600℃，循环上述轧制过程，总的压下率为85％，轧成厚度为0.5mm厚的薄板；
将厚度为0.5mm厚的薄板在950℃保温1h最终退火，所有退火工序均在N2保护气氛下进行。
经600℃，85％压下率的温轧工艺方法获得的Fe-6.5％Si钢薄板的三点弯曲断裂挠度为11.69mm。如图2所示，与常规冷轧得到的Fe-6.5％Si钢板的三点弯曲断裂挠度1.57mm相比，显著提高了塑性，材料得到了明显的软化。
实施例2
将纯硅(含99wt.％Si)按照质量百分比6.5％，余量工业纯铁(含99.5wt.％Fe) 进行配比，C、Mn、S、P等杂质元素的质量百分比小于0.01％，放入真空感应炉熔炼，真空度为0.5×10-2Pa，加热温度为1500～1550℃，完全熔化成钢液后再冶炼5分钟后通入氩气，1580℃出钢温度进行浇铸，将钢液浇铸到砂型模中，等钢液冷却后脱模；
将铸锭加热到1250℃，采用空气自由锻锻压铸锭，锻成50mm厚的方坯；
在1200℃保温1h后，热轧阶段的开轧温度为1150℃，在Ф450mm×450mm二辊可逆实验热轧机上进行无润滑热轧并经8道次热轧至4mm，终轧温度为860℃。在 1200℃温度下重新保温1h后，在850℃下经2道次热轧至2mm，空冷至室温；
将热轧板放入加热炉中进行常化处理，加热温度为950℃，保温1h后，空冷至室温；
将2mm退火板进行酸洗处理后在加热炉中加热至600℃，保温时间13分钟，然后迅速取出利用四辊冷轧机进行温轧，轧制温度为600℃，轧机辊速为0.03m/s，轧制力为220kN，每个道次的压下率为10％。每个道次结束后迅速将轧件加热炉中，保温 3分钟，使轧件温度升至600℃，循环上述轧制过程，总的压下率为75％，轧成厚度为0.5mm厚的温轧薄板。
将厚度为0.5mm厚的薄板在950℃保温1h最终退火，所有退火工序均在N2保护气氛下进行。
经600℃，75％压下率的温轧工艺方法获得的Fe-6.5％Si钢板的三点弯曲断裂挠度为7.89mm，如图2所示，与常规冷轧得到的Fe-6.5％Si钢板的三点弯曲断裂挠度1.57 mm相比，显著提高了材料的塑性。
实施例3
将工业纯铁(含99.5wt.％Fe)和纯硅(含99wt.％Si)按照配比，C、Mn、S、P 等杂质元素的质量百分比小于0.01％，放入真空感应炉熔炼，真空度为0.5×10-2Pa，加热温度为1500～1550℃，完全熔化成钢液后再冶炼5分钟后通入氩气，1575℃出钢将钢液浇铸到砂型模中，等钢液冷却后脱模；
将铸锭加热到1250℃，采用空气自由锻锻压铸锭，锻成50mm厚的方坯。
在1200℃保温1h后，热轧阶段的开轧温度为1150℃，在Ф450mm×450mm二辊可逆实验热轧机上进行无润滑热轧并经8道次热轧至4mm，终轧温度为862℃。在 1200℃温度下重新保温1h后，在850℃下经3道次热轧至1.43mm，空冷至室温；
将热轧板放入加热炉中进行常化处理，加热温度为950℃，保温1h后，空冷至室温；
将常化处理工序得到的1.43mm退火板进行酸洗处理后在加热炉中加热至600℃，保温时间12分钟，然后迅速取出利用四辊冷轧机进行温轧，轧制温度为600℃，轧机辊速为0.03m/s，轧制力为230kN，每个道次的压下率为10％。每个道次结束后迅速将轧件加热炉中，保温2分钟，使轧件温度升至600℃，循环上述轧制过程，总的压下率为65％，轧成厚度为0.5mm厚的薄板。
将厚度为0.5mm厚的薄板在950℃保温1h最终退火，所有退火工序均在N2保护气氛下进行。
经600℃，65％压下率的温轧工艺方法获得的Fe-6.5％Si钢薄板的三点弯曲断裂挠度为7.09mm如图2所示，与常规冷轧得到的Fe-6.5％Si钢板的三点弯曲断裂挠度1.57 mm相比，显著提高了塑性，材料得到了明显的软化。
实施例4
将工业纯铁(含99.5wt.％Fe)和纯硅(含99wt.％Si)按照配比，C、Mn、S、P 等杂质元素的质量百分比小于0.01％，放入真空感应炉熔炼，真空度为0.5×10-2Pa，加热温度为1500℃～1550℃，完全熔化成钢液后再冶炼5分钟后通入氩气，1570℃出钢将钢液浇铸到砂型模中，等钢液冷却后脱模；
将铸锭加热到1250℃，采用空气自由锻锻压铸锭，锻成50mm厚的方坯。
在1200℃保温1h后，热轧阶段的开轧温度为1150℃，在Ф450mm×450mm二辊可逆实验热轧机上进行无润滑热轧并经8道次热轧至4mm，终轧温度为862℃。在 1200℃温度下重新保温1h后，在850℃下经4道次热轧至1mm，空冷至室温；
将热轧板放入加热炉中进行常化处理，加热温度为950℃，保温1h后，空冷至室温；
将1mm退火板进行酸洗处理后在加热炉中加热至600℃，保温时间10分钟，然后迅速取出利用四辊冷轧机进行温轧，轧制温度为600℃，轧机辊速为0.03m/s，轧制力为240kN，每个道次的压下率为10％。每个道次结束后迅速将轧件加热炉中，保温 1分钟，使轧件温度升至600℃，循环上述轧制过程，总的压下率为50％，轧成厚度为0.5mm厚的薄板。
将厚度为0.5mm厚的薄板在950℃保温1h最终退火，所有退火工序均在N2保护气氛下进行。
在形变过程破碎B2或DO3有序相，不断减小有序畴尺寸，降低有序相含量及有序度，发生形变诱导无序化，经600℃温轧工艺方法得到的Fe-6.5％Si钢B2反相畴如图1所示。本实施方式所得Fe-6.5％Si钢温轧板的三点弯曲性能测试结果如图2所示，经600℃，50％压下率的温轧工艺方法获得的Fe-6.5％Si钢温轧板的三点弯曲断裂挠度为6.53mm。与常规冷轧得到的Fe-6.5％Si钢板的三点弯曲断裂挠度1.57mm相比，塑性得到了明显提升，表明600℃温轧轧制工艺方法比常规冷轧更能提高Fe-6.5％Si 钢的塑性，降低有序相含量及有序度。
Claims (4)
1.一种提高Fe-6.5％Si钢板塑性的温轧工艺，其特征在于：所述工艺是将Fe-6.5％Si钢板板材于轧机中进行温轧，所述温轧条件如下：轧制道次间压下率为8～10％，轧机辊速为0.03m/s，在每道次轧制前，将钢板加热至580℃～620℃，道次间加热时间为1～3min，最终得Fe-6.5％Si钢板终轧产品，所述Fe-6.5％Si钢板组成成分及重量百分比含量为：Si6.5～6.6％，C<0.01％，Mn<0.01％，P<0.01％，S<0.01％，余量Fe，
所述Fe-6.5％Si钢板板材按下述方法获得：
将工业纯铁和纯硅按照配比置于真空感应炉进行熔炼，加热温度为1500℃～1550℃，真空度为0.5×10-2～0.6×10-2Pa；待熔化至钢液后进行冶炼，并且在冶炼5分钟后通入惰性气体，出钢温度为1550～1580℃，浇铸到砂型模中，待钢液冷却后脱模；在1250℃下采用空气自由锻压铸锭，锻成50mm厚的方坯；将锻坯在1200℃保温1h后，在Ф450mm×450mm二辊可逆实验热轧机上进行无润滑热轧并经8道次热轧至4mm，开轧温度为1150～1200℃，终轧温度为850～870℃；在1200℃温度下保温1h后，在850～950℃下经1～4道次热轧至1～3.35mm，然后空冷至室温；将热轧板在950℃保温1h进行常化处理后，空冷至室温，得Fe-6.5％Si钢板板材。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述Fe-6.5％Si钢板板材的厚度为1～3.35mm。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述Fe-6.5％Si钢板终轧产品的厚度为0.5mm。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述工艺包括退火的步骤：将所述Fe-6.5％Si钢板终轧产品在氮气保护下，于在950℃保温1h退火，得Fe-6.5％Si钢板产品。
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