[发明专利]一种制备高硅无取向硅钢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性材料制备、钢铁表面硅合金化技术领域，尤其涉及一种制备高硅无取向硅钢的方法。

背景技术

硅钢亦称电工钢，是电力、电子和电讯工业用以制造发电机、电动机、变压器、继电器、互感器以及其它电器仪表的重要磁性材料。研究表明：硅钢片中的硅含量对其产品的特性(如：磁感应强度和铁损)影响很大。随着硅含量的增加，硅钢片的电阻率增大，涡流损失减小，从而在较高频率下表现出优良的磁性。当硅的质量分数增高至6.5％时便具有最佳的软磁特性，比如中高频铁损低、磁致伸缩接近于零，磁导率高，矫顽力低，是制作低噪音、低铁损变压器和电抗器的理想铁芯材料。

但当Si含量超过5%的Fe-Si合金既硬又脆，材料塑性迅速降低，以至于无法采用常规的轧制技术生产。所以工业轧制生产的硅钢片的硅含量最高极限一直被限制在4.5％。多年来，高硅钢的生产一直是研究的热点，人们探索出许多生产高硅含量硅钢片的方法。

近些年发展较好的高硅硅钢片制备工艺有如下几种：

（1）快凝法

1978年，日本东北大学的Tsuya等首次报道了用快速凝固法制造Fe_100－xSi_x(4wt%<x<10wt%)合金带，用这种工艺获得了细小的晶粒，引起了人们的关注。人们对该工艺制备高硅硅钢片进行了大量的研究。快凝高硅钢带通常由柱状晶和等轴晶组成，晶粒尺寸为10μm，其磁性能中矫顽力Hc为48.5A/m，磁滞损耗为1.24 W/kg。经过退火后，磁性能可以进一步提高。同时，快凝高硅钢带可以进一步冷轧，以获得具有(110)[001]织构的取向材料。然而，快凝法制备高硅硅钢片还存在宽度、厚度有限且表面质量差等问题。最近，北京科技大学周成和谢建新教授提出了双带法快速凝固工艺新技术制备高硅硅钢片，不过关于这方面的后续报道很少。

（2）扩散渗硅法

扩散渗硅法是将硅通过高温热处理扩散的方式渗入低硅钢成品中来制取高硅钢的一种方法。日本钢管（NNK）已采用连续化学气相沉积（CVD）法制备高硅钢，已投入工业化生产。目前，虽然CVD法生产高硅硅钢片实现了产业化，但是，此工艺存在设备维修率高、环境污染、设备昂贵的缺点。

（3）电子束物理气相沉积工艺（EB-PVD）

电子束物理气相沉积法是一种能制备传统轧制工艺难以制备的大尺寸、厚度可调板材的先进工艺。它的原理为：电子束通过磁场或电场聚焦在蒸发源锭料上，使材料熔化；在真空的低气压环境中，蒸发源在熔池上方气化，气相原子通常是从熔池表面以直线运动到基片表面并沉积在基片表面形成沉积层，沉积完后冷却，剥离沉积层得到板材。目前，我们已用电子束物理气相沉积工艺制备出高硅硅钢片，相关的研究工作正在进行中。

（4）粉末压延法

粉末压延法就是将粉末通过漏斗喂入一对旋转轧辊之间使其压实成连续带坯的方法。日本的山下治等用铁粉和硅粉（或铁硅粉）混合制备出平均粒径为 300μm以下的板状烧结体，对此烧结体进行冷轧、退火来制备高硅硅钢片；在专利中还提到在粉末中加入少量的稀土La可以成倍地提高电阻率，并改善磁性能。武汉大学的李然等用铁粉和硅粉直接混合轧制、退火扩散的工艺制备高硅硅钢片，获得了0.3 mm厚的高硅硅钢片。武汉理工大学张联盟等提出用先制备具有塑性的硅-铁均匀包覆型复合粉末，再进行轧制，最后高温扩散处理，将硅均匀分布在基体中的工艺。目前，这种工艺还处在实验室研究中。

（5）特殊轧制法

1966年，Shizaka等首次用热轧-冷轧方法制备出了Fe-6.5wt%Si硅钢片，厚度为0.3mm。随后，人们努力探索取得了一些成果；俄罗斯研制了一种三轧法工艺，即热轧、温轧、冷轧。在激烈调整原子有序排列的温度区间以大于总轧制量75%的中间温轧可以破坏有序排列，改善塑性，但此工艺的附加工艺变得很复杂。1988年，日本钢管公司利用轧制技术进行高硅硅钢片生产，但是没有详细的工艺报道，后续报道也很少。

最近又出现了电子束物理气相沉积法制备高硅硅钢片、包覆渗硅法等新工艺。

随着我国工业化进程的加快以及当前节能减排要求的不断提高，高硅钢薄板作为一种高效的电磁材料，必将得到高度的关注以及快速的发展。高硅钢其优异的磁学性能和广阔的应用前景更是吸引着科技工作者进行大量的研究和开发工作。高硅钢薄板的研究一直在进行，生产工艺也有许多，可是能够真正实现大规模生产的核心技术还很少，所以当前最重要的是研究开发经济高效的制备工艺，降低高硅钢薄板的生产成本，提高质量，满足我国社会经济发展的要求。

发明内容