单辊甩带法制备高硅钢薄带的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种娃钢片生产方法，特别是指一种单棍用带法制备高娃钢薄带的方法。
【背景技术】
[0002]研究表明，硅含量(质量含量，下同)在6%?8%的硅钢有最优异的软磁特性，这是因为合金中随着硅的增加，铁素体的发育得到促进，因而钢的初始导磁率和最大导磁率也逐渐增强，并在6%?8%处出现峰值，使得磁滞损耗大为降低；硅含量在7%?12%时，硅钢的电阻率也达到最大值，与非晶合金相当，这使得涡流损耗降至最低；硅含量的增加，还使硅钢的磁致伸缩率减小，并在6.5%时降为零。
[0003]但是，随着硅含量的提高，硅钢的屈服强度和抗拉强度明显增高，在硅含量>2.5%时，伸长率急剧下降，硅含量> 4.5%时伸长率迅速降到零，硬度随硅含量增加而继续提高。因此，硅含量>4.5%时，材料即硬又脆而无法冷加工。由于这个原因，热乳硅钢片的硅含量上限定为4.5%，冷乳硅钢片则定为3.3%。由于硅钢的含硅量达不到最佳，限制了其最优异软磁特性的发挥。
[0004]本发明所称高硅钢是指硅含量在4.5%?6.7%之间的硅钢，目前制备高硅钢的方法有:
[0005](I)乳制法
[0006]日本钢管公司采用低温大压下率热乳法得到层状纤维组织热乳板，再经温乳、退火和涂绝缘膜，生产0.35?0.50mm厚的6.5% S1-Fe合金带，制造工艺为:板坯在700°C装炉，炉内加热温度1150°C，出坯后在1050?1150°C经大于50%压下率粗乳，获得层状纤维热乳板组织，在低于1100°C开始精乳，使其再结晶后晶粒伸长，形成纤维状组织，终乳温度为780?850°C。热乳卷酸洗后加热温度至250?400°C进行温乳，总压下率为50%?90%。温乳后带钢先经200?400°C Xl?180min预退火，再在比中1000?1200°C Xl?1min退火和涂绝缘膜，最终退火在H2中或10 3Pa真空中进行，退火温度为600?1000°C，保温 0.5 ?300min。
[0007]新日铁公司将6.5% Si钢铸坯经1200 °C加热和15 %?40 %压下率粗乳后，再以10C /min速度加热到1200。。，经1100?1120 °C热乳到厚度1.8?2.3mm，终乳温度为980?1000°C。热乳带酸洗后经170?300°C温乳或在N2中经920?1050°C X30s常化，使板厚方向都为再结晶晶粒时温乳，温乳至厚度0.20?0.35mm。在干凡中850?9500C X 30?90s退火和涂绝缘膜，最后进行5%临界变形和退火。
[0008](2) CVD快速连续渗硅法
[0009]日本钢管于1994年用CVD法代替乳制法生产6.5% Si钢，产品厚度为0.05mm、0.10mm、0.20mm、0.30mm,最大宽度 640mm。CVD 法是将 0.1 ?0.35mm 厚的 3 % Si 无取向娃钢带在无氧化气氛炉中快速加热至1000°C，再进入渗娃区以大于50°C /min速度加热到1050?1200 °C，通过上下几组喷嘴往钢带表面喷射含5%?30% 3丨(:14气体的N2、H2、或Ar气氛，钢带运行方向与气氛流通方向相反。渗娃化学反应式为:SiCl4+5Fe — Fe3Si+2FeCl2丨，产生的FeCl 2气体迅速跑掉。按CVD法表层形成小于14.3%Si的富Si层，附着性好。连续渗娃时间为3?lOmin，渗娃后钢带通过扩散均热区，在无氧化气氛中约1200°C均匀扩散处理5?20min，使板厚和板宽方向硅分布均匀，并使平均晶粒尺寸长大到板厚的1.5?2.0倍，提高磁性。最后钢带通过冷却区后涂绝缘膜和250?300 °C卷取。
[0010](3)快速凝固技术
[0011]近年来，快速凝固技术在金属材料加工制备中获得了突飞猛进的发展。利用快速凝固技术对高硅钢薄带的制备已取得了一些成果，并且显示出了希望所在。
[0012]I)单辊甩带法
[0013]1978年，N.Tsuya和K.T.Arai利用单辊甩带工艺生产出0.03?0.1mm的6.5%Si高硅钢薄带，极其细小的晶粒组织引起了人们的极大关注。后来者对运用该工艺来制备6.5% Si高硅钢、Sendust合金以及Fe3Si等各种Fe3Si基合金进行了大量的研究。国内某科研单位应用快速凝固方法成功地研制出了磁致伸缩接近零和电阻率高达82 μ Ω ^cm的6.5% S1-Fe铸态极薄带(厚40?⑶μm，宽10?25mm)。
[0014]该工艺的主要特点就是能实现金属带材的双面冷却以及凝固区的形状和尺寸可以调节，厚度调节能力灵活。但这些研究仅仅限于应用基础研究，要进行规模化生产还很困难，其原因就是用这种工艺生产出来的薄带，厚度和宽度有限，而且形状也不尽如人意。
[0015]2)薄带铸乳工艺
[0016]双棍式薄带连铸也称薄带连续铸乳，是以液态金属为原料，以两个转动方向相反的铸辊为结晶器，用钢水直接生产厚度为I?1mm的近终形薄带钢的新技术。目前国际上主要技术有Eurostrip、Castrip和新日铁/三菱重工开发的双棍薄带连铸生产线等，我国研究双辊薄带连铸技术始于20世纪80年代中期，目前的研究主要集中在宝钢、东北大学、重庆大学、南昌市南方连铸公司和武钢。
[0017]国内某科研单位采用薄带铸乳工艺生产6.5% Si钢的工艺过程为:6.5% Si钢原料经真空炉熔炼后，在队和Ar保护气氛下经双辊薄带铸乳机浇注成厚度2.5mm左右的铸带，在队保护气氛下经过热乳和温乳形成厚度0.3mm左右的6.5% Si钢薄带，热处理后形成成品。
[0018]3)喷射成形法
[0019]喷射成形工艺是涉及粉末冶金、液态金属雾化、快速冷却和非平衡凝固等多领域的新型材料制备技术。其特点就是将经气体雾化的液态金属熔滴沉积到一定形状的接收器上，直接制成一定形状的产品。由于该技术是具有通用性和产品多样性的柔性制造系统，厚度不受限制，产品形状也容易控制，所以用此方法来制备6.5% Si高硅钢是可行的，也是很有希望的。遗憾的是，目前很少有这方面的报道。
[0020]在以上所介绍的制造方法中，乳制法是采用乳制、退火、乳制、退火等多次反复，导致加工周期长，成材率低，能耗高，磁性能达不到最佳范围。还有研究者向Fe — 6.5% (质量)Si的钢水中添加Cu、Cr、P、B等微量元素，虽然可以提高一些塑性和可加工性，但最终成品磁性较差。
[0021]CVD工艺已取得成功，但仍存在如下问题:1)沉积温度高，能耗大，设备腐蚀严重，寿命缩短；2)CVD工艺靠的是SiCl4通过腐蚀铁表面形成Fe 3Si而沉积，因而会在表面产生腐蚀坑洼与不平，需要温乳平整，这给生产带来不便；3)按CVD工艺产生的FeCyt气既严重污染环境，又造成铁的流失。
[0022]目前，对于快速凝固技术，单辊甩带法生产出来的高硅钢薄带宽度窄，板形差；薄带铸乳工艺目前仍处于试验阶段，效率低，离产业化尚有差距；喷射成形法对工艺设备要求高，应用较少。
【发明内容】
[0023]本发明的目的在于提供一种薄带成品板形较好、带宽范围较大的单辊甩带法制备高硅钢薄带的方法。
[0024]为实现上述目的，本发明所提供的单辊甩带法制备高硅钢薄带的方法，包括以下步骤:1)将高硅钢母合金投入真空炉内进行真空熔炼得到钢液；预热保温包，使其温度高于熔炼得到的钢液的凝固点，避免后续步骤中钢液进入保温包时发生凝固；2)向真空炉和保温包内通入保护气体至正压，当真空炉内气压与保温包内气压接近时，打开两者之间的插板阀和结晶辊左右两侧的熔潭保护气，保温包整体下降到结晶辊上方的工作位置，打开结晶辊及熔潭保护气；3)将真空炉熔炼得到的硅钢水倾倒至保温包内的喷包之中，打开气体剥离装置，钢液开始从喷包底部喷嘴缝流出至喷嘴下方旋转的结晶辊上被急冷形成薄带，此过程中，预先开启的熔潭保护气可防止形成的薄带被空气氧化；4)钢液倾倒完毕后，关闭插板阀，加大保温包内保护气体压力，通过压力闭环控制使喷包内钢液快速均匀地从喷嘴喷到结晶辊上直至喷带结束。以上某些步骤的顺序在不影响方法实施的前提下，可以进行局部调整，如向保温包中通入保护气体可以与其预热同步或先后进行，只要在打开插板阀之前进行即可；又如结晶辊辊及熔潭保护气只要在钢液倾倒入喷包之前进行即可。这种调整可以视为与本发明是等同的。
[0025]上述方法的实现，可采用如下结构的真空熔炼单辊甩带装置:该装置包括真空炉、通过过渡段与真空炉连通的保温包、设置在保温包下方的结晶辊装置；真空炉内设置有熔炼装置及导流漏斗，熔炼装置包括固定在真空炉内的支架及设置在支架上的熔炼坩祸，导流漏斗设置在熔炼坩祸的下方，且导流漏斗末端与过渡段的上部连通；保温包内设置有喷包及设置在喷包上方的导流管，喷包的外周缘设置有加热器，喷包的下端连接有喷嘴，导流管的上端与过渡段的下部连通，过渡段的下部为可伸缩结构，使保温包能够上下移动；真空炉和保温包还设置有温度和压力测量装置；同时，过渡段的中部设置有插板阀，插板阀关闭时，将真空炉与保温包隔成两个独立的腔体；插板阀打开时，真空炉和保温包连通。该装置还设置有保护气体接口，用于向真空炉和保温包输送保护气体；另外，结晶辊装置的结晶辊的两端分别设置有用于喷出熔潭保护气的喷气管道，喷气管道的喷口对准喷嘴两侧，喷带时熔潭保护气可进行防氧化保护。结晶辊的辊面附近设置有用于导向的压辊和用于将高硅钢薄带剥离结晶辊的气体剥离装置。还可设置薄带自动卷取装置以将高硅钢薄带卷成带卷，并进一步设置退火炉对带卷进行退火操作。该装置为实现本发明方法的一种典型装置，不应视为对本发明方法的限制，任何结构类似、能够实现本发明方法的装置均在本发明的范畴内。
[0026]优选地，所述单棍用带法制备高娃钢薄带的方法还包括如下步骤:步骤3)?4)中急冷形成的高硅钢薄带被气体剥离结晶辊后，经压辊导向，在薄带自动卷取装置的作用下在线抓取并完成高硅钢薄带的卷取过程，得到高硅钢薄带卷。
[0027]优选地，所述单棍用带法制备高娃钢薄带的方法还包括将所述高娃钢薄带卷在H2或Ar气氛下退火的步骤，以提高薄带磁性。
[0028]优选地，步骤I)中，熔炼温度为1450?1650°C，熔炼绝对真空度不高于10Pa。熔炼完成时，钢液的过热度多50°C，减少因硅含量增加造成钢液粘稠，导致喷嘴堵塞，不易喷带；同时钢液温度不能过高，避免钢液喷溅或来不及在结晶辊表面冷却
[0029]优选地，步骤I)中，熔炼前，添加B、Mn、Al、Ni中的一种或数种以改善高硅钢的成形性，添加的B、Mn、Al或Ni的单一组分的质量含量不大于0.4%。
[0030]优选地，步骤I)中，预热温度为1400?1650°C，由于温度与钢液接近，可防止钢液浇至保温包内被降温。
[0031 ] 优选地，步骤2)中，真空炉和保温包内的保护气体压力为0.05?0.1MPa ;步骤4