合金化對(duì)高硅鋼及快凝薄帶組織性能的影響

1、合金化對(duì)高硅鋼及快凝薄帶組織性能的影響合金化對(duì)高硅鋼及快凝薄帶組織性能的影響王旭1，杜倩2，侯玉柏1，鮑君峰1（1.北京礦冶研究總院，北京100070；2.首鋼技術(shù)研究院，北京100043）摘要：摘要：利用合金化手段改善高硅鋼及快凝薄帶的組織性能。通過(guò)OM、XRD、VSM等研究了Al、B、Nb等合金元素對(duì)其組織織構(gòu)、力學(xué)性能和磁性能的影響。結(jié)果表明，合金化能夠改善鑄態(tài)高硅鋼的強(qiáng)韌性。在快凝薄帶狀態(tài)，Al元素會(huì)增大其晶粒尺寸并增強(qiáng)100和

2、114方向的織構(gòu)，降低磁導(dǎo)率和磁滯損耗。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：合金化；高硅鋼；快凝薄帶；機(jī)械性能；磁性能中圖分類號(hào)：中圖分類號(hào)：TG142.13文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：文章編號(hào)：10077545（2012）06000000EffectofAlloyingonStructurePropertiesofHighsiliconSteelRapidQuenchingRibbonWANGXu1DUQian2HOUYubai1BAOJunfen

3、g1(1.BeijingGeneralResearchInstituteofMiningMetallurgyBeijing100070China2.ShougangResearchInstituteofTechnologyBeijing100043China)Abstract:Thepropertiesofhighsiliconsteelrapidquenchingribbonweremodifiedbymeansofalloying.

4、TheeffectofAluminumBonNiobiumotherelementsonmicrostructuremechanicalpropertiesmagicpropertieswereinvestigatedwithOMXRDVSM.Theresultsshowthattheobdurabilityofcastingisimprovedafteralloying.InrapidquenchingribbonAlelementi

5、ncreasesitsgrainsizeenhancesthetexturedirectionof100114whilereducesthepermeabilitymagichysteresisloss.Keywds:alloyinghighsiliconsteelrapidquenchingribbonmechanicalpropertymagicproperty高硅鋼具有高磁導(dǎo)率、低磁致伸縮系數(shù)、高頻下低鐵損等優(yōu)異的磁性能[1]，許

6、多試驗(yàn)表明，高硅鋼帶具有優(yōu)異的軟磁特性。近年來(lái)，一些電子和電器元件為提高效率、靈敏度和縮小體積也選用高硅硅鋼。但隨Si含量增加，延展性下降，機(jī)械加工性能變差[2]。本文利用合金化改善鑄態(tài)高硅鋼的強(qiáng)韌性，最終實(shí)現(xiàn)冷軋變形。另外，利用快凝技術(shù)制備薄帶，探索急速冷卻條件下合金元素對(duì)組織性能的影響。1試驗(yàn)試驗(yàn)采用真空電弧熔煉，使用正交試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)合金元素比例，在Fe6.5%Si（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同）合金中，分別添加Al(0.1%~1.0%)、B(

7、0.02%，0.05%)、Nb(0.2%)、Zr(0.2%)等元素。為了使鑄錠成分均勻，熔煉時(shí)加磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)并將合金翻轉(zhuǎn)3次。將鑄錠分成兩組：第一組按照GBT73142005在SANS微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行常溫壓縮試驗(yàn)，樣品變形量設(shè)定40%，壓下速率為0.002mms，分析合金元素對(duì)鑄態(tài)高硅鋼力學(xué)性能的影響；第二組制備成快凝薄帶，方法見(jiàn)文獻(xiàn)[3]。將熔融合金噴射在轉(zhuǎn)速為1800rmin的銅輥表面，制備出0.07～0.10mm厚的高硅鋼

8、薄帶。經(jīng)切割、冷鑲樣、砂紙打磨、機(jī)械拋光后用7%硝酸酒精腐蝕，通過(guò)OM、XRD測(cè)試微觀組織和織構(gòu)特征。按照GBT134642008取樣，使用VSM測(cè)試樣品的磁性能(500℃退火5min，爐冷)。2結(jié)果與討論結(jié)果與討論2.1鑄態(tài)高硅鋼的力學(xué)性能鑄態(tài)高硅鋼的力學(xué)性能鑄態(tài)高硅鋼力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。隨著變形量的增加，所有樣品均會(huì)出現(xiàn)裂紋，為了描述該點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，我們計(jì)算此點(diǎn)的強(qiáng)度，并且認(rèn)為材料達(dá)到此點(diǎn)為最大變形，由此計(jì)算斷裂應(yīng)力和延伸率?；?/p>

9、金項(xiàng)目：基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金和上海寶鋼集團(tuán)聯(lián)合資助項(xiàng)目(50130010)收稿日期：收稿日期：20111129作者簡(jiǎn)介作者簡(jiǎn)介：王旭（1985），男，遼寧沈陽(yáng)人，碩士.doi：10.3969j.issn.10077545.2012.06.015結(jié)果為，H∶K∶L=1∶1∶4，U∶V∶W=2∶2∶1。由此可知，隨Al含量增加，主要織構(gòu)組分100和114明顯增強(qiáng)。(a)Fe6.5%Si(b)Fe6.5%Si0.4%Al(c)Fe6.5

10、%Si1.0%Al圖3快凝薄帶φ快凝薄帶φ=45()的ODF截面圖截面圖Fig.3φ=45()sectionsofODFatrapidquenchingribbonwithdifferentAlcontent合金在凝固過(guò)程中，液相在銅輥表面有很大的過(guò)冷度，形成很薄的等軸晶粒。結(jié)晶潛熱的釋放在帶厚度方向形成對(duì)柱狀晶生長(zhǎng)有利的溫度梯度[6]。Fe6.5%Si合金在凝固過(guò)程中，就會(huì)呈現(xiàn)出較明顯的取向，而Al元素就是通過(guò)影響其過(guò)冷度而影響晶粒的

11、織構(gòu)組分。2.2.3磁性能磁性能圖4為快凝薄帶退火后的室溫磁滯回線。Fe5.5%Si和Fe6.5%Si合金添加Al元素后，磁導(dǎo)率降低，但Al對(duì)Fe6.5%Si合金的影響較小。用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)測(cè)試了快凝薄帶的室溫磁滯回線，測(cè)試時(shí)磁場(chǎng)垂直于薄帶表面。結(jié)果顯示，所有快凝薄帶樣品的磁滯回線比較平，達(dá)到飽和的磁化過(guò)程較慢，當(dāng)外加磁場(chǎng)達(dá)到2T時(shí)，磁化強(qiáng)度才趨近于飽和，這與作為軟磁材料的普通硅鋼片的磁性能是明顯不同的[7]。Fe5.5%Si與Fe6.

12、5%Si的Ms值分別為1134.7emucm3和1071.6emucm3，1.0%的Al合金化后Ms值分別降低到1039.2emucm3和913.76emucm3。另外，快凝薄帶的磁滯現(xiàn)象很不明顯，磁滯回線所包圍的面積非常小，所以磁滯損耗很小。在未合金化的樣品所對(duì)應(yīng)的磁滯回線中，還能依稀看見(jiàn)磁滯現(xiàn)象，但是在加Al之后，退磁曲線和磁化曲線幾乎重合。而且加入非鐵磁性元素Al后，樣品的飽和磁化強(qiáng)度明顯減小，F(xiàn)e6.5%Si合金受Al合金化影響