[發明專利]一種擴散燒結與粉末軋制制備Fe-6.5%Si帶材的方法

在審

• 申請號: 201711368364.5
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108044095A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 羅豐華;牟楠;李益民;賈吉祥;吳博天
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F3/18;B22F3/10;C22C38/02;C22C33/02
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一種擴散燒結與粉末軋制制備Fe?6.5％Si帶材的方法，本發明選取還原Fe粉與水霧化Fe粉，按照4:6～6:4的比例混合，再添加Si含量為50～70％的高純硅鐵粉，形成Fe?4.5～6.7％Si混合粉。通過粉末軋制形成多孔板坯，再在1050～1150℃進行真空或還原氣氛保護燒結，使Fe粉顆粒實現不完全連接，而Si與Fe實現部分合金化，形成多孔、具有可壓縮性的未完全合金化的高硅鋼坯料，經多次冷軋、不完全燒結，最后在1260～1340℃燒結，實現高硅鋼的均質合金化，獲得含4.5～6.7％Si的0.1～0.5mm厚，密度7.34～7.50g/cm3的高硅鋼帶材。

技術領域

本發明屬于金屬材料的制備與加工領域，具體涉及高性能高硅鋼軟磁帶材的粉末冶金燒結和軋制變形的方法。

技術背景

軟磁性材料的剩磁與矯頑磁力都很小，即磁滯回線很窄，它與基本磁化曲線幾乎重合，主要用于電感線圈、變壓器、繼電器和電機的鐵心。Fe-Si合金最大磁導率隨Si含量發生變化，分別在Si的質量百分比(以下同)為2％和6.5％附近出現了兩個最大磁導率的峰值，分別達到10000和25000。Fe-Si合金的最大磁導率在軟磁材料中并沒有絕對優勢，如坡莫合金的最大磁導率可以達到200000。然而Si＜4.5％的Fe-Si合金薄板制造成本低，因此硅鋼片又稱為電工鋼片或硅鋼薄片，是一種非常重要的磁性材料。

而Si>4.5％時，Fe-Si合金在540℃溫度以下會發生B2有序相的共析分解反應，生成α-Fe無序相和DO3有序相，使得合金變脆而難以變形。

對于Si含量在4.5～6.7％之間的鐵硅系合金，一般稱為高硅鋼，其中硅含量6.5％的高硅鋼最為重要。其原因在于Fe-Si合金晶粒沿<100>方向的磁致伸縮系數隨Si含量增加而減小，在約6.3％時基本消失，而<111>方向的磁致伸縮系數隨Si含量增加而增加，在約6.1％時與<100>方向的磁致伸縮系數相等，使得高硅鋼在較高頻率工作時表現出優異的低鐵損特性。

正常運行的變壓器會發生持續均勻的“嗡嗡”聲，這是由于交流電流經過變壓器繞組時，在鐵芯中間產生了周期性變化的交變磁通，引起鐵芯磁致伸縮而震動發出的聲音。大量或者大型的鐵芯在震動時發出的聲音不但造成了能量的損耗，還造成了噪音污染。特別是在航天器、潛艇和導彈等軍事航空領域，Fe-Si系合金扮演著極為重要的角色。20世紀60年代末，Si含量6.5％的合金作為變壓器材料出現在阿波羅11號飛船上，完成人類首次登月壯舉。可見，高硅鋼是一種性能優良的降耗、降噪的環保型軟磁材料。

相比于其他合金，高硅鋼的研究和開發過程相對比較漫長。20世紀20年代末A.Schulze首次研究發現，硅含量6.5％的鐵硅系合金具有磁致伸縮系數幾乎為零的特性。20世紀80年代，K.I.Arail教授等發現高硅鋼相比于傳統Si含量低的合金在交流動態磁場中具有更低鐵損以及更高的磁導率。此后數十年間，為了克服高硅鋼的脆性，在制備技術方面出現了很多嘗試。如包套或控溫的特殊軋制方法、快速凝固法、化學氣相沉積法(CVD法)、等離子體化學氣相沉積法(PCVD法)、熱浸滲一擴散退火方法、粉末冶金法、微量合金化改性等各種方法。

其中CVD是比較成功的例子。1988年日本NKK公司采用CVD技術第一次生產出了厚度為0.1～0.5mm，寬度為400mm的無取向6.5％Si鋼片。20世紀90年代初期，全球第一條商用能夠實現連續滲硅的CVD生產線被研制出來，生產的產品尺寸可以達到0.1～0.3mm×600mm。