[發(fā)明專利]一種高溫擴(kuò)散燒結(jié)與粉末熱鍛制備高硅鋼帶材的方法

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• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108044099A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁藝;羅豐華;張德敏;王翔;白云波;王俊峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F3/18;B22F3/17;B22F3/10;C22C38/02;C22C33/02
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一種高溫擴(kuò)散燒結(jié)與粉末熱鍛制備高硅鋼帶材的方法，本發(fā)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粉，形成Fe?Si混合粉。模壓成方形坯，再加熱到960～1030℃實現(xiàn)Fe相奧氏體化，經(jīng)多次鍛造后終鍛溫度為860～930℃，然后將粉末熱鍛坯在1080～1180℃真空或還原氣氛保護(hù)燒結(jié)，使Fe粉顆粒冶金結(jié)合，而Si與Fe實現(xiàn)部分合金化，通過多次冷軋、低溫?zé)Y(jié)，最后在1280～1350℃高溫擴(kuò)散燒結(jié)，實現(xiàn)均質(zhì)合金化，獲得含4.5～6.7％Si的0.1～0.5mm厚，密度≥7.38g/cm3的高硅鋼帶材。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料的制備與加工領(lǐng)域，具體涉及高硅鋼薄帶材的粉末熱鍛和軋制變形的方法。

技術(shù)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(jī)的鐵心。Fe-Si合金最大磁導(dǎo)率隨Si含量發(fā)生變化，分別在Si的質(zhì)量百分比(以下同)為2％和6.5％附近出現(xiàn)了兩個最大磁導(dǎo)率的峰值，分別達(dá)到10000和25000。Fe-Si合金的最大磁導(dǎo)率在軟磁材料中并沒有絕對優(yōu)勢，如坡莫合金的最大磁導(dǎo)率可以達(dá)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，F(xiàn)e-Si合金在540℃溫度以下會發(fā)生B2有序相的共析分解反應(yīng)，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(shù)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(shù)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(shù)相等，使得高硅鋼在較高頻率工作時表現(xiàn)出優(yōu)異的低鐵損特性。

正常運(yùn)行的變壓器會發(fā)生持續(xù)均勻的“嗡嗡”聲，這是由于交流電流經(jīng)過變壓器繞組時，在鐵芯中間產(chǎn)生了周期性變化的交變磁通，引起鐵芯磁致伸縮而震動發(fā)出的聲音。大量或者大型的鐵芯在震動時發(fā)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(dǎo)彈等軍事航空領(lǐng)域，F(xiàn)e-Si系合金扮演著極為重要的角色。20世紀(jì)60年代末，Si含量6.5％的合金作為變壓器材料出現(xiàn)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(yōu)良的降耗、降噪的環(huán)保型軟磁材料。

相比于其他合金，高硅鋼的研究和開發(fā)過程相對比較漫長。20世紀(jì)20年代末A.Schulze首次研究發(fā)現(xiàn)，硅含量6.5％的鐵硅系合金具有磁致伸縮系數(shù)幾乎為零的特性。20世紀(jì)80年代，K.I.Arail教授等發(fā)現(xiàn)高硅鋼相比于傳統(tǒng)Si含量低的合金在交流動態(tài)磁場中具有更低鐵損以及更高的磁導(dǎo)率。此后數(shù)十年間，為了克服高硅鋼的脆性，在制備技術(shù)方面出現(xiàn)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(xué)氣相沉積法(CVD法)、等離子體化學(xué)氣相沉積法(PCVD法)、熱浸滲一擴(kuò)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(shù)第一次生產(chǎn)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(jì)90年代初期，全球第一條商用能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)滲硅的CVD生產(chǎn)線被研制出來，生產(chǎn)的產(chǎn)品尺寸可以達(dá)到0.1～0.3mm×600mm。