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《武汉理工大学》 2010年
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粉末冶金法制备高硅硅钢片的轧制和热处理工艺研究

张翔  
【摘要】:硅含量在6.5%左右的高硅硅钢片具有十分优异的磁性能:磁导率高、铁损低、磁致伸缩小,可以实现低能耗、低噪声,是一类节能环保的软磁材料。但是6.5%硅钢是一种脆性材料,不可轧制加工,因此不能用传统轧制的工艺来制备。目前只有日本采用CVD法实现了工业化生产,但其成本高昂。近十几年来,由于粉末冶金法成本低,成为人们制备高硅硅钢片的又一途径。 本文采用不同粉体原料,分别采用粉末轧制法和块体轧制法,探索了用粉末冶金法制备高硅硅钢片的工艺条件,研究了影响轧制工艺和硅钢磁性能的因素,得出了比较适宜的制备工艺,制得了性能较好的高硅硅钢片。 首先,以铁粉为对象,采用有限元法对粉体轧制过程进行了模拟和实验。模拟和实验结果表明,采用粉体轧制时,上下表面由于受力情况与内部不同,多呈现疏松的结构。粉体轧制时,粉体的流动性和辊缝是影响轧制带材的重要因素。辊缝是影响带材密度的主要因素,高流动性的粉体轧制得到的带材较为致密。当原料中存在流动性差的另一硅相时,流动性差的硅相易损失,使带材元素含量偏离配比。 纯铁在1400℃以下时难以烧结致密化。铁硅之间的扩散反应与粉体粒度和温度密切相关,从而影响烧结体的轧制能力,最终影响硅钢的性能。当硅粉粒度适当时,经初次热处理后,得到既无单质Si,又具有较好变形能力时,经二次轧制和高温热处理可以得到密度较高、性能较好的硅钢片。 加入少量的Sn可以提高Si与Fe的反应能力,从而在低温短时间内实现Si与Fe的反应。Sn的加入还可改善Fe的烧结,容易得到大晶粒的Fe。含H2的气氛对烧结硅钢不利,易造成硅的氧化。比较适宜的烧结气氛为Ar。 采用超细硅粉和铁粉混合后,经500-1000℃SPS处理后得到的块体材料具有变形能力,可以通过轧制得到厚度为0.3-0.4mmm的片材,但是经高温热处理得到的硅钢片材氧化严重,带材致密度不高,材料的磁性能比粉末轧制法制备的材料差。 以Fe和FeSi为原料经SPS烧结可制备出具有轧制能力的硅钢锭。FeSi原料的颗粒粒度、SPS温度、压力对Fe和FeSi颗粒之间的扩散反应有影响,从而影响最终产物的物相显微结构。由粗颗粒原料烧结的块体具有良好的延展性,表现为韧性断裂;随粒度的减小、烧结温度的升高,烧结试样延展性变差,逐渐变成脆性断裂。制备致密且具有良好延展性的硅钢锭的适宜工艺条件为:粗FeSi颗粒在1100℃以下温度烧结、烧结压力50MPa。 以具有可轧能力且密度高的硅钢块体为原料,经轧制减薄和退火处理,可以制备出性能较好的高硅硅钢片。其磁性能为饱和磁化强度17740Gs,矫顽力3.670e。其饱和磁化强度与由Fe和Si混合后再轧制烧结制备的硅钢相当,但矫顽力约降低9倍。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB383.1

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