本发明涉及金属磁性材料制备加工
技术领域：
：，特别涉及一种提高梯度高硅钢复合板磁性能的方法。
背景技术：
：：硅钢也称作电工钢，是磁能和电能之间发生转换的媒介材料；高硅钢一般指的是硅元素在合金中的含量大于3.5％(质量百分比，下同)。在普通硅钢中增加硅元素的含量，合金的软磁性能将明显增加，如磁导率和电阻升高、磁致伸缩系数减小、铁损降低等。该合金由于优异的软磁性能，在现代科技的发展中逐渐成为了电子、电力和军工业不可或缺的软磁合金材料，常用来制备变压器、高频下的磁屏蔽装置和高速高频电机等设备。采用高硅钢制备上述电力设备的核心部件，可以大幅度降低器件对环境的噪声污染和能源损耗，可以减轻设备自身的重量和减小设备所站的空间[phwaytp,mosesaj.magnetostrictiontrendofnon-oriented梯度si-fe.journalofmagnetismandmagneticmaterials,2008,320(20):e611-e613]。然而，高硅钢在室温下具有显著的脆性、塑性加工性能极差，导致该合金难以采用常规的制备方法生产出满足高性能铁芯所需的板材。热处理作为金属材料制备加工过程中的一个重要环节，该工艺通过控制金属材料的微观组织形貌、合金元素分布、内部结构和相成分的改变等方面，使得金属材料在不改变整体外观形状以及合金成分的前提下，获得不同的使用性能。高硅钢合金中有序相的有序程度大小与其室温脆性有着直接的联系，即有序度越高，该合金的脆性越显著，室温变形后合金内部出现的裂纹越多。高硅钢合金中主要包括三种微观结构：①无序的bcc结构，②有序的b2结构，③有序度较高的d03结构[林均品等.6.5wt％si高硅钢冷轧薄板制备工艺、结构和性能.前沿科学，2007,2(2):13-26]。高硅钢合金的热成形坯料硅元素含量在5.0-6.0％之间，在850℃下保温60min后经过冰盐水(或油介质)淬火处理后，其塑性明显提高，可以实现多道次的低温变形；但对于硅元素含量大于6.0％的热成形坯料，经过相同的热处理过程后，合金中出现大量的裂纹而不能进一步进行低温变形[shinj,leezh,etal.theeffectofcastingmethodandheattreatingconditiononcoldworkabilityofhigh-sielectricalsteel.scriptamaterialia,2001,45(6):725-731]。高硅钢合金中有序-无序结构的转变对该合金的机械加工性能影响很大。厚度约1mm的热轧态高硅钢板在850℃下保温150min后进行盐水淬火处理，该合金的有序度得到降低使得其脆性得到改善，进而其塑性明显提高[梁永峰,等.热处理对fe-6.5wt％si合金冷轧薄板组织及磁性能的影响.材料热处理学报,2009,30(2):85-88]。高硅钢合金的的内部缺陷将直接导致其磁性能的降低(如裂纹的出现可降低磁畴的运动)[matsumuras,tanakay,kogay,etal.concurrentorderingandphaseseparationinthevicinityofthemetastablecriticalpointoforder-disordertransitioninfe-sialloys.materialsscienceandengineeringa,2001,312(1):284-292]。技术实现要素：为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种提高梯度高硅钢复合板磁性能的方法，此方法以减少该复合板在室温下进行塑性变形产生的缺陷，保证该复合板内部微观组织的完整性和连续性，以减少影响磁畴运动的不利因素从而提高该板材的磁学性能。为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种提高梯度高硅钢复合板磁性能的方法，包括以下步骤：(a)芯层铸坯：芯层的熔炼在真空电磁感应加热炉中进行，原料为硅元素含量3％普通硅钢和硅元素含量为99.9％的工业硅块，熔炼温度在1550-1600℃之间，得到硅元素含量为10％-15％的芯层铸坯溶液；(b)包覆浇铸：对步骤(a)中得到的芯层铸坯溶液等冷却后采用线切割切取具有一定尺寸的矩形块，芯层的矩形块在浇铸模具中由垫片支撑处于悬空状态，垫片材质为普通硅钢，在真空电磁感应加热炉中进行包覆浇铸，包覆原料为普通硅钢，熔炼温度在1500-1550℃之间；(c)锻压：对步骤(b)中得到的复合板铸坯进行锻压，加热温度为1150-1200℃之间，保温50-90min，锻压温度为950-1150℃之间，压下量为25-40％，锻压后复合板的厚度不大于热轧机的咬入上限；(d)热轧：对步骤(c)中的复合板进行热轧，加热温度1200-1250℃之间，保温40-60min，热轧温度为900-1200℃之间，第一道次压下量不小于50％；(e)温轧：对步骤(d)中的复合板进行温轧，加热温度550-650℃之间，保温30-50min，温轧温度为500-650℃之间，第一道次压下量不大于20％；(f)扩散退火：对步骤(e)中的复合板进行扩散退火热处理，在密封炉中进行，加热温度为1180-1200℃之间，保温时间30-120min，扩散前抽真空，通过控制不同的加热温度和保温时间，制备出不同的硅含量呈梯度分布的高硅钢复合板；(g)余热保温：对步骤(f)中的复合板进行余热保温，在扩散退火热处理后保证余热温度场温度在900-1000℃之间，同时保温30-100min；(h)淬火冷却：对步骤(g)中的复合板进行淬火冷却处理，采用介质冷却至室温，冷速为200-250℃/s，介质包括冷盐水；(i)回火处理：对步骤(h)中的复合板进行回火处理，加热到200-250℃之间，同时保温30-60min，空冷至室温；(j)酸洗：对步骤(i)中的复合板进行酸洗，采用质量分数8-15％的盐酸水溶液去除表面的氧化铁皮，为该复合板冷轧后的板形、表面质量和光亮度做准备；(k)冷轧：对步骤(j)中的复合板在室温下进行轧制变形，第一道次变形量不大于15％，对复合板进行多道次轧制以减薄其厚度。综合考虑层状复合技术制备的梯度高硅钢复合板在热处理过程中各种变化因素对复合板各层组织和相的影响，进而影响到复合板整体的室温塑性(如有序相有序度的转变、局部残余应力的集中、晶界处的二次相析出等)。本发明提出一种利用制备梯度高硅钢复合板过程中的扩散退火热处理环节中的余热进行保温，并结合能够抑制有序转变的冷却方式以及消除局部残余应力的低温回火等环节，通过上述热处理工艺后可以显著提高梯度高硅钢复合板的室温塑性，进而减少了内部裂纹的出现，保证了微观组织的完整性和连续洗，从而该合金的磁性能得到提高。本发明的优点在于：本发明针对层状复合技术制备的梯度高硅钢复合板磁性能的提高，利用该合金制备加工过程中的扩散退火工艺的温度场余热进行阶段性保温，从而减少了重新加热的工序，使得流程得到简化、能源得到节约。通过对保温温度、保温时间、冷却介质、冷却速率的选择和控制，可以抑制高硅合金中有序相的转变、减少析出相数量、降低有序度、阻止晶粒过分长大等，通过对该合金在室温下塑性变形不利因素的减少，同时选择合理的回火温度和保温时间可以降低复合板表面的氧化程度以及消除残余应力，从而保证复合板在室温塑性变形过程中微观组织的完整性和连续性，以减少阻碍磁畴运动的不利因素，进而提高该合金的磁学性能。本项发明通过提升梯度高硅钢复合板的室温塑性变形能力以减少内部缺陷的产生，以此来改善该合金的磁性能，此加热和冷却过程操作简单、易于控制，具有广泛的应用前景。附图说明：图1实施例中的热处理工艺示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细叙述。实施例一参照图1，本实施例包括以下步骤：(a)芯层铸坯：芯层的熔炼在真空电磁感应加热炉中进行，原料为硅元素含量3％普通硅钢和硅元素含量为99.9％的工业硅块，熔炼温度在1550℃，得到硅元素含量为10％的芯层铸坯溶液；(b)包覆浇铸：对步骤(a)中得到的芯层铸坯溶液等冷却后采用线切割切取具有一定尺寸的矩形块，芯层的矩形块在浇铸模具中由垫片支撑处于悬空状态，垫片材质为普通硅钢，在真空电磁感应加热炉中进行包覆浇铸，包覆原料为普通硅钢，熔炼温度在1550℃之间；(c)锻压：对步骤(b)中得到的复合板铸坯进行锻压，加热温度为1150℃，保温50min，锻压温度为950-1150℃之间，压下量为25-40％，锻压后复合板的厚度不大于热轧机的咬入上限；(d)热轧：对步骤(c)中的复合板进行热轧，加热温度1200℃，保温45min，热轧温度为900-1200℃之间，第一道次压下量不小于50％，热轧后复合板厚度为2mm；(e)温轧：对步骤(d)中的复合板进行温轧，加热温度650℃，保温40min，温轧温度为500-650℃之间，第一道次压下量不大于20％，温轧后复合板厚度为0.25mm；(f)扩散退火：对步骤(e)中的复合板进行扩散退火热处理，在密封炉中进行，扩散前抽真空，加热温度为1200℃，保温时间45min；(g)余热保温：对步骤(f)中的复合板进行余热保温，在扩散退火热处理后进行温降，保证温度场在1000℃左右，并保温30min；(h)淬火冷却：对步骤(g)中的复合板进行淬火冷却处理，采用介质冷却至室温，冷速为200-250℃/s，介质为冷盐水；(i)回火处理：对步骤(h)中的复合板进行回火处理，加热到250℃保温30min，空冷至室温；(j)酸洗：对步骤(i)中的产物进行酸洗，采用质量分数8-15％盐酸水溶液去除表面的氧化铁皮，为该复合板冷轧后的板型、表面质量和光亮度做准备；(k)冷轧：对步骤(j)的复合板在室温下进行轧制变形，第一道次变形量不大于15％，对复合板进行多道次轧制以减薄其厚度，冷轧后复合板的厚度为0.10mm。通过金相组织观察，与未经过上述热处理过程的冷轧式样相比，前者的试样室温塑性明显得到改善、内部缺陷减少，其微观组织完整性和连续性更好，从而磁性能更佳(如表1所示)。表1是经过热处理和未经过热处理试样的磁性能相同指标对比。表1实施例二参照图1，本实施例包括以下步骤：(a)芯层铸坯：芯层的熔炼在真空电磁感应加热炉中进行，原料为硅元素含量3％普通硅钢和硅元素含量为99.9％的工业硅块，熔炼温度在1550℃，得到硅元素含量为11％的芯层铸坯溶液；(b)包覆浇铸：对步骤(a)中得到的芯层铸坯溶液等冷却后采用线切割切取具有一定尺寸的矩形块，芯层的矩形块在浇铸模具中由垫片支撑处于悬空状态，垫片材质为普通硅钢，在真空电磁感应加热炉中进行包覆浇铸，包覆原料为普通硅钢，熔炼温度在1550℃之间；(c)锻压：对步骤(b)中得到的复合板铸坯进行锻压，加热温度为1150℃，保温60min，锻压温度为950-1150℃之间，压下量为25-40％，锻压后复合板的厚度不大于热轧机的咬入上限；(d)热轧：对步骤(c)中的复合板进行热轧，加热温度1200℃，保温60min，热轧温度为900-1200℃之间，第一道次压下量不小于50％，热轧后复合板厚度为2mm；(e)温轧：对步骤(d)中的复合板进行温轧，加热温度650℃，保温45min，温轧温度为500-650℃之间，第一道次压下量不大于20％，温轧后复合板厚度为0.22mm；(f)扩散退火：对步骤(e)中的复合板进行扩散退火热处理，在密封炉中进行，扩散前抽真空，加热温度为1200℃，保温时间50min；(g)余热保温：对步骤(f)中的复合板进行余热保温，在扩散退火热处理后进行温降，保证温度场在1000℃左右，并保温40min；(h)淬火冷却：对步骤(g)中的复合板进行淬火冷却处理，采用介质冷却至室温，冷速为200-250℃/s，介质为冷盐水；(i)回火处理：对步骤(h)中的复合板进行回火处理，加热到250℃保温35min，空冷至室温；(j)酸洗：对步骤(i)中的产物进行酸洗，采用质量分数8-15％盐酸水溶液去除表面的氧化铁皮，为该复合板冷轧后的板型、表面质量和光亮度做准备；(k)冷轧：对步骤(j)的复合板在室温下进行轧制变形，第一道次变形量不大于15％，对复合板进行多道次轧制以减薄其厚度，冷轧后复合板的厚度为0.15mm。通过金相组织观察，与未经过上述热处理过程的冷轧式样相比，前者的试样室温塑性明显得到改善、内部缺陷减少，其微观组织完整性和连续性更好，从而磁性能更佳(如表2所示)。表2是经过热处理和未经过热处理试样的磁性能相同指标对比。表2实施例三参照图1，本实施例包括以下步骤：(a)芯层铸坯：芯层的熔炼在真空电磁感应加热炉中进行，原料为硅元素含量3％普通硅钢和硅元素含量为99.9％的工业硅块，熔炼温度在1550℃，得到硅元素含量为15％的芯层铸坯溶液；(b)包覆浇铸：对步骤(a)中得到的芯层铸坯溶液等冷却后采用线切割切取具有一定尺寸的矩形块，芯层的矩形块在浇铸模具中由垫片支撑处于悬空状态，垫片材质为普通硅钢，在真空电磁感应加热炉中进行包覆浇铸，包覆原料为普通硅钢，熔炼温度在1550℃之间；(c)锻压：对步骤(b)中得到的复合板铸坯进行锻压，加热温度为1150℃，保温60min，锻压温度为950-1150℃之间，压下量为25-40％，锻压后复合板的厚度不大于热轧机的咬入上限；(d)热轧：对步骤(c)中的复合板进行热轧，加热温度1200℃，保温50min，热轧温度为900-1200℃之间，第一道次压下量不小于50％，热轧后复合板厚度为2mm；(e)温轧：对步骤(d)中的复合板进行温轧，加热温度650℃，保温45min，温轧温度为500-650℃之间，第一道次压下量不大于20％，温轧后复合板厚度为0.20mm；(f)扩散退火：对步骤(e)中的复合板进行扩散退火热处理，在密封炉中进行，扩散前抽真空，加热温度为1200℃，保温时间60min；(g)余热保温：对步骤(f)中的复合板进行余热保温，在扩散退火热处理后进行温降，保证温度场在1000℃左右，并保温45min；(h)淬火冷却：对步骤(g)中的复合板进行淬火冷却处理，采用介质冷却至室温，冷速为200-250℃/s，介质为冷盐水；(i)回火处理：对步骤(h)中的复合板进行回火处理，加热到250℃保温35min，空冷至室温；(j)酸洗：对步骤(i)中的产物进行酸洗，采用质量分数8-15％盐酸水溶液去除表面的氧化铁皮，为该复合板冷轧后的板型、表面质量和光亮度做准备；(k)冷轧：对步骤(j)的复合板在室温下进行轧制变形，第一道次变形量不大于15％，对复合板进行多道次轧制以减薄其厚度，冷轧后复合板的厚度为0.12mm。通过金相组织观察，与未经过上述热处理过程的冷轧式样相比，前者的试样室温塑性明显得到改善、内部缺陷减少，其微观组织完整性和连续性更好，从而磁性能更佳(如表3所示)。表3是经过热处理和未经过热处理试样的磁性能相同指标对比。表3当前第1页12当前第1页12