[发明专利]一种利用高能电脉冲提高高硅钢制备加工能力的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料制备技术领域，涉及一种提高高硅钢板带材塑性加工能力的方法。

技术背景

高硅钢一般指含硅量超过3.5%（重量比，下同）的硅钢。与普通硅钢（Si含量<3.5%）相比，高硅钢具有非常优异的磁性能，特别是含硅6.5%的高硅钢，其电阻率、磁导率明显增加，矫顽力、磁晶各向异性能明显降低，具有几乎为零的磁致伸缩系数，因而具有铁损低、噪音低的特点，在电力电子行业中具有非常重要的应用背景。

但由于其较高的Si含量，高硅钢的加工能力非常差，室温下塑性几乎为零，难以利用传统的轧制方法加工成薄板，限制了其工业化应用的进展。世界范围内相继开发了特殊的加工制备方法制备该合金薄板（带），其中包括化学气相沉积（CVD）法（Y. Takada, et al., Journal of Applied Physics, 64(1988), 5367-5369）、快速凝固甩带法（K. I. Arai, H. Tsutsumitake and K. Ohmori, Transactions of the Japan Institute of Metals, 25(1984), 855-862.）、喷射沉积法（C. Bolfarini, et al., Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 320(2008), e653-e656）、粉末直接轧制法（R. Li, et al., Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 281(2004), 135-139.）、特殊轧制法（Y. Liang, et al., Frontiers of Materials Science in China, 3(2009), 329-332.）等。但由于该合金的室温塑性问题没有得到有效的解决，导致后续加工比较困难，同时难以形成规模化的生产。因而进一步提高高硅钢的制备加工能力，特别是在室温条件下提高该材料的塑性显得非常重要。

电脉冲（Electropulsing）是由电容或者是间歇性电源产生的非稳态电流场，是在很短时间内变一次电压的过程。现代的电脉冲技术越来越向高频、高能量的趋势发展，并且在材料领域有着广泛的应用，其主要的作用原理有：高能焦耳热效应、电致塑性效应等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善高硅钢制备加工性能的方法，对于含硅量4～7%的高硅钢薄板（带），通过在其加工变形过程中施加高能电脉冲的方法，提高其薄板（带）的加工能力。

一种利用高能电脉冲提高高硅钢制备加工能力的方法，高硅钢中硅含量为4-7%（质量百分比），其余为铁、微量元素硼和不可避免杂质元素，其方法为在高硅钢板带材塑性加工过程中，对变形区域施加高能电脉冲，电脉冲频率60-300Hz，脉宽10-300μs，峰值电流密度20-500A·mm^-2，变形过程中施加高能电脉冲显著降低高硅钢板带材的变形抗力，大幅提高板带材的塑性加工能力。

所述高硅钢板带材厚度为0.1-2mm，硼元素含量为0-1000ppm。

施加高能电脉冲可以有效降低高硅钢材料变形过程中的流变应力，同时提高其塑性，有利于变形过程进行。高硅钢在变形过程中施加高能电脉冲，由于脉冲电流与材料中位错的交互作用，位错运动阻力减小，导致流变应力减小，塑性提高。同时由于焦耳热的产生，材料自身温度提高，也导致流变应力降低，塑性提高。在加工变形过程当中，高硅钢材料的组织结构也将发生变化，与没有施加高能电脉冲相比，再结晶过程更容易发生，加工硬化在变形过程中不明显甚至消失，因此该材料可经过较多道次较大应变变形而不需要进行中间退火。

例如高硅钢拉伸过程中施加高能电脉冲，在应变速率10^-3s^-1，脉冲频率120Hz，脉宽70μs，峰值电流密度130A·mm^-2时，拉伸过程中材料表面温度测定为175℃，其应力应变曲线如图1所示，用（175℃-E）表示。图1中还列出了不加电脉冲，普通加热情况下拉伸变形时，室温（RT）、50℃、100℃、150℃、200℃、250℃时高硅钢薄板的应力应变曲线。由图中可以看出，在室温拉伸条件下，高硅钢薄板塑性几乎为零，在弹性变形阶段断裂。施加高能电脉冲后，高硅钢塑性得到提高。同时与普通加热时的高硅钢变形相比，施加高能电脉冲后高硅钢的屈服强度明显降低。可以看出，高能电脉冲在降低高硅钢薄板流变应力的同时，可以提高其塑性。