本發(fā)明屬于電工鋼制備，特別涉及一種具有高磁感低鐵損硅梯度分布的電工鋼的制備方法。

背景技術(shù)：

1、電工鋼（也稱硅鋼）是一種應(yīng)用廣泛的軟磁材料，廣泛用于變壓器、電機(jī)、發(fā)電機(jī)等設(shè)備中，其性能主要取決于磁感應(yīng)強(qiáng)度、鐵損及材料的組織結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)有技術(shù)中，提高電工鋼性能的主要手段包括化學(xué)成分優(yōu)化、熱處理工藝改進(jìn)以及硅含量的調(diào)控。特別是硅元素在電工鋼中起到至關(guān)重要的作用，其能有效提高電阻率、降低鐵損，并增強(qiáng)材料的磁性能。然而，高硅含量材料在加工過程中易出現(xiàn)脆化問題，傳統(tǒng)的冶金和冷軋工藝難以同時(shí)滿足電工鋼高硅含量和優(yōu)異機(jī)械性能的需求。高硅鋼，特別是含硅量超過2wt.%的鋼，因其優(yōu)異的軟磁性能，如高磁感應(yīng)強(qiáng)度和低鐵損，廣泛應(yīng)用于電機(jī)、變壓器等電磁設(shè)備中。然而，隨著硅含量的增加，鋼的脆性也顯著提高，導(dǎo)致加工困難和性能不穩(wěn)定。

2、目前，制備高硅鋼的主要方法包括化學(xué)氣相沉積（cvd）法、電子束物理氣相沉積（eb-pvd）法和溶鹽電沉積法等。其中，cvd法因其工藝成熟、成本相對較低，成為制備6.5wt.%si高硅鋼薄帶的主要技術(shù)之一。然而，傳統(tǒng)的cvd工藝通常在高溫下進(jìn)行，且滲硅反應(yīng)較為劇烈，導(dǎo)致硅從表面大量滲透至心部，影響鋼帶的性能。

3、專利cn107923029a提出了一種通過氣相滲硅法制備高硅電工鋼的技術(shù)，該方法通過在真空環(huán)境下利用氣相滲硅材料，使硅元素均勻滲透到鋼材中，顯著提高了鋼材的磁性能。然而，該方法在工業(yè)應(yīng)用中存在反應(yīng)劇烈、帶鋼中心硅含量控制困難的問題。專利cn105296917a則采用固態(tài)粉末滲硅法，通過在鋼材表面覆蓋滲硅粉末，在高溫下實(shí)現(xiàn)硅的擴(kuò)散滲透。該方法適用于工業(yè)化生產(chǎn)，但在硅含量梯度控制方面存在一定的局限性。

4、專利cn115478135a和cn112410672a均提出了通過cvd制備高硅鋼薄帶的方法，但是鋼材成分決定了這兩件專利在滲硅階段為鐵素體相狀態(tài)下滲硅，此階段滲硅擴(kuò)散速率很快，很難對硅濃度梯度分布實(shí)現(xiàn)精確控制，在帶鋼表層和心部之間難以形成明顯的硅濃度梯度分布，滲硅深度基本涉及帶鋼全厚度范圍，使得表層和心部的硅濃度差很小，心部硅含量相較于原始基體帶鋼濃度增量較大，多數(shù)大于3.0wt.%。

5、現(xiàn)有的方法雖然在一定程度上可以改善電工鋼的性能，但對于高硅含量鋼中脆性相的控制仍有局限。此外，研究表明，6.5wt.%si高硅鋼的脆性主要來源于合金中存在的有序金屬間化合物，如b2和do3相，這些脆性相的存在嚴(yán)重影響了材料的塑性和韌性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、傳統(tǒng)高硅電工鋼由于硅含量過高，導(dǎo)致材料脆性增加，加工難度提升，限制了其在工業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用。此外，現(xiàn)有的滲硅工藝對硅含量的梯度控制不足，無法兼顧表面高磁感心部高機(jī)械性能的需求。針對上述問題，本發(fā)明提出了一種硅含量梯度分布的高性能電工鋼的制備方法。

2、本發(fā)明所述的一種具有高磁感低鐵損硅梯度分布的電工鋼的制備方法，包括以下內(nèi)容：

3、帶鋼進(jìn)行滲硅處理，通過控制帶鋼的成分，使?jié)B硅過程中的帶鋼鐵基體呈現(xiàn)面心立方結(jié)構(gòu)（fcc），所述面心立方結(jié)構(gòu)使帶鋼表面和心部的硅含量呈明顯的梯度分布，滲硅后帶鋼表面硅含量為2.5wt.%~7.5wt.%，心部硅含量為0.1wt.%~2.0wt.%，得到具有高磁感低鐵損硅梯度分布的電工鋼；

4、所述帶鋼的主要成分及質(zhì)量百分含量如下：si+al?0.5wt.%~2.0wt.%且si不為0、c0.001wt.%~0.005wt.%、mn?0.01wt.%~0.5wt.%、其余為fe；

5、當(dāng)帶鋼厚度滿足尺寸要求時(shí)，直接進(jìn)行滲硅處理；當(dāng)帶鋼厚度大于所要求的尺寸時(shí)，先進(jìn)行冷軋，達(dá)到需求尺寸后再進(jìn)行滲硅處理。

6、優(yōu)選的，當(dāng)所述帶鋼的厚度為0.08mm~0.5mm時(shí)直接進(jìn)行滲硅處理；當(dāng)所述帶鋼的厚度＞0.5mm時(shí)，先進(jìn)行冷軋，達(dá)到需求尺寸后再進(jìn)行滲硅處理；

7、優(yōu)選的，冷軋的壓下量≥85%；

8、優(yōu)選的，所述滲硅處理的溫度為1050℃~1200℃，時(shí)間為5min~60min；

9、優(yōu)選的，滲硅處理以sicl4為硅源，滲硅過程中sicl4蒸氣濃度為15%~30%，載氣為氬氣；

10、優(yōu)選的，滲硅過程中對帶鋼施加1n/m2~5n/m2的單位張力；

11、優(yōu)選的，帶鋼滲硅處理后再進(jìn)行擴(kuò)散退火處理，得到所述具有高磁感低鐵損硅梯度分布的電工鋼；

12、優(yōu)選的，所述擴(kuò)散退火處理的溫度為980℃~1200℃，時(shí)間為5min~20min；

13、優(yōu)選的，退火過程全程在無氧化氣氛下進(jìn)行，采用氮?dú)夂蜌鍤鉃楸Ｗo(hù)氣。

14、滲硅處理前對原始低碳低硅帶鋼進(jìn)行冷軋?zhí)幚?，使帶鋼形成良好的磁性能，并為后續(xù)的滲硅工藝提供良好的組織基礎(chǔ)和表面質(zhì)量。通過優(yōu)化帶鋼成分和滲硅工藝使鋼帶在滲硅過程中的鐵基體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)面心立方結(jié)構(gòu)（fcc）。相對于體心立方結(jié)構(gòu)（bcc），面心立方的密度較大，使得硅在滲透過程中更加平穩(wěn)，滲硅反應(yīng)不如體心立方結(jié)構(gòu)劇烈，使得硅僅能滲入到帶鋼表面，而心部的硅滲透受限。在滲硅過程中對帶鋼施加1n/m2~5n/m2的單位張力，避免帶鋼表面出現(xiàn)翹曲或應(yīng)力集中，保證滲硅質(zhì)量和帶鋼形狀穩(wěn)定性。

15、滲硅處理后擴(kuò)散退火可進(jìn)一步優(yōu)化硅含量的梯度分布，最終使得鋼帶表面硅含量為2.5wt.%~7.5wt.%，能夠提高材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度、降低鐵損；而心部硅含量保持在0.1wt.%~2.0wt.%，并改善鋼材的晶粒取向與組織均勻性，從而顯著提升電工鋼的磁性能和機(jī)械性能。本發(fā)明制備的高性能電工鋼產(chǎn)品厚度控制在0.08mm~0.5mm范圍，適用于多種高效電磁設(shè)備。

16、本發(fā)明的有益效果如下：

17、1.高磁感與低鐵損的兼顧：表面高硅含量大幅提升了材料的磁性能，而心部低硅含量保持了優(yōu)異的機(jī)械性能，b50高達(dá)1.78t，鐵損降低至0.7w/kg，使材料同時(shí)具備高磁感和低鐵損特性。

18、2.梯度分布設(shè)計(jì)：通過滲硅和擴(kuò)散退火工藝實(shí)現(xiàn)了硅含量梯度分布，表面高硅含量（2.5wt.%~7.5wt.%）提高了磁性能，心部低硅含量（0.1wt.%~2.0wt.%）保證了機(jī)械性能和韌性，優(yōu)化了表面與心部的性能匹配，顯著提升了電工鋼的綜合性能。

19、3.高效滲硅工藝：滲硅過程中快速加熱與張力控制的結(jié)合，不僅提升了硅擴(kuò)散效率，還有效避免了傳統(tǒng)工藝中的翹曲和質(zhì)量不均問題。

20、4.低脆性：通過面心立方結(jié)構(gòu)的控制，滲硅反應(yīng)更加平穩(wěn)，避免了硅過度滲透到心部，實(shí)現(xiàn)了表面高硅、心部低硅的梯度分布，從而抑制了b2和do3等脆性相的生成，顯著提高了材料的塑性和韌性?？朔藗鹘y(tǒng)高硅電工鋼易脆化、鐵損高、加工性能差等問題，顯著提升了電工鋼的綜合性能。

21、5.工業(yè)化生產(chǎn)適應(yīng)性：本發(fā)明通過優(yōu)化冷軋、滲硅和擴(kuò)散退火工藝參數(shù)，形成了一種適合大規(guī)模批量化生產(chǎn)的技術(shù)路線，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。

22、本發(fā)明的制備方法兼具高效性、穩(wěn)定性和可操作性，顯著提升了梯度高硅電工鋼的性能與應(yīng)用范圍。制備的梯度高硅電工鋼薄帶適用于變壓器芯材、電機(jī)轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)定子等需要高效能、低鐵損的電磁設(shè)備，特別是在新能源電力設(shè)備、高效電機(jī)和低損耗變壓器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。