[發(fā)明專利]一種制備連續(xù)柱狀晶組織高硅電工鋼棒材的方法及裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910089688.4
• 申請日: 2009-07-28
• 公開（公告）號: CN101612662A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張志豪;付華棟;謝建新
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: B22D27/02
• 分類號: B22D27/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種制備連續(xù)柱狀晶組織高硅電工鋼棒材的裝置與工藝。

背景技術(shù)：

電工鋼(又稱硅鋼)主要用于各種電機和變壓器的鐵芯以及其它電器產(chǎn)品，是電力、電子和軍事工業(yè)不可缺少的軟磁合金。特別是取向電工鋼，由于其優(yōu)異的磁性能，是高性能、低損耗、低噪音變壓器等器件的關(guān)鍵材料。由于取向電工鋼的生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成分和雜質(zhì)控制要求嚴格等而被稱為“特鋼藝術(shù)品”[于永梅，李長生，王國棟.薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)取向硅鋼技術(shù)的研究.鋼鐵，2007，42(11)：45-47，64]。

隨著硅含量的增加，電工鋼電阻率和磁導(dǎo)率增加，矯頑力和渦流損耗減小，特別是當硅含量達到6.5％(質(zhì)量百分含量)左右時，磁致伸縮系數(shù)約為零(僅有0.6×10^-8)，可以明顯減少變壓器噪聲及能量損耗。但是，隨著硅含量的提高，電工鋼的脆性增大，超過3.5％后很難用常規(guī)工藝軋制成板帶材，這給高硅電工鋼的應(yīng)用開發(fā)帶來了諸多困難[楊勁松，謝建新，周成.6.5％Si高硅鋼的制備工藝及發(fā)展前景.功能材料，2003，34(3)：244-246]。

高硅電工鋼的制備技術(shù)開發(fā)一直受到關(guān)注，并相繼開發(fā)了CVD法[Takada?Y，Abe?M，Masuda?S，et?al.Commercial?scale?production?of?Fe-6.5wt.％Si?sheet?andmagnetic?properties.Journal?of?Applied?Physics，1988，64(10)：5367-5369]、快速凝固法[Arai?K?I，Tsuya?N，Ohmori?K，et?al.Rapidly?quenched?ribbon-form?siliconalloy?with?high?silicon?concentration.Journal?of?Magnetism?and?Magnetic?Materials，1980，15-18：1425-1426]、粉末壓延法[張聯(lián)盟，張濤，沈強，等.一種高硅硅鋼板材的熱處理和多次冷軋加工方法：中國，03125451.9.2004-09-15]以及逐步增塑法[林均品，葉豐，陳國良，等.6.5wt％Si高硅鋼冷軋薄板制備工藝、結(jié)構(gòu)和性能.前沿科學(xué)，2007，(2)：13-26]等制備高硅電工鋼薄板或薄帶的方法，并取得了較大的進展。但以上高硅電工鋼薄板制備技術(shù)在設(shè)備、工藝、制品尺寸、生產(chǎn)成本等方面受到較大的限制，均難以實現(xiàn)取向高硅電工鋼板帶材的高效工業(yè)生產(chǎn)。

定向凝固通過在凝固金屬和未凝固金屬熔體中建立起特定方向的溫度梯度，從而使熔體沿著與熱流相反的方向凝固，最終得到具有特定取向柱狀晶合金。凝固過程中固-液界面始終凸向液相，有利于析出的氣體及夾雜排入液相，所獲鑄坯的缺陷較少、組織致密，取向度高，同時具有較好的加工性能[謝建新.材料加工新技術(shù)與新工藝.北京：冶金工業(yè)出版社，2004]。因此，若能在采用定向凝固制備高取向的柱狀晶組織坯料，在不發(fā)生再結(jié)晶的前提下提高高硅電工鋼坯料的中低溫軋制成形性能，則有可能實現(xiàn)高取向高硅電工鋼的短流程高效制備。

但是，高硅電工鋼的成分和雜質(zhì)控制要求嚴格、熔點較高(超過1400℃)，且Si在高溫下較活潑，易與坩堝發(fā)生反應(yīng)；同時，高硅電工鋼導(dǎo)熱性能差(如6.5％Si硅鋼的導(dǎo)熱系數(shù)不足純銅的1/10)，因此采用現(xiàn)有的定向凝固設(shè)備和工藝(如發(fā)熱劑法，高速凝固法，連續(xù)定向凝固法)，難以制備較大尺寸且具有連續(xù)柱狀晶組織的高硅電工鋼棒材。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種制備具有連續(xù)柱狀晶組織高硅電工鋼棒材的方法，為高取向高硅電工鋼的制備提供取向度高、加工性能良好的坯料。

一種制備連續(xù)柱狀晶組織高硅電工鋼棒材的方法，將高硅電工鋼坯料放入坩堝中，所述坩堝與高硅電工鋼坯料之間間隙約1～4mm，所述高硅電工鋼坯料在惰性氣體保護下，在高頻感應(yīng)線圈形成的交變磁場作用下局部熔化，同時穩(wěn)恒磁場發(fā)生裝置在熔體中形成與定向凝固熱流方向平行的磁場、冷卻系統(tǒng)在已凝固金屬和未凝固熔體中形成沿牽引方向的溫度梯度，以使熔體凝固并形成柱狀晶組織，在送料和牽引機構(gòu)的作用下，上述凝固過程連續(xù)進行，從而獲得具有連續(xù)柱狀晶組織的坯料。