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第 44 卷第 4 期2023 年 8 月Vol.44.No.4August 2023特殊钢SPECIAL STEEL包套轧制法制备6.5%Si高硅钢及其性能特点陈锦旗1，程朝阳1，冯大军1，王小小1，石祥聚2，彭志贤1，3（1 武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室，武汉430081；2 无锡普天铁心股份有限公司普天低碳产业研究院，无锡214192；3 浙江锦诚新材料股份有限公司科研部，湖州313100）摘 要：本文针对6.5%Si高硅钢的室温脆性难以轧制问题，采用普通硅钢热轧板（3%Si）对高硅钢（6%8%Si）钢坯进行包套，通过热轧、温轧及高温退火制备0.3 mm厚高硅钢带材。通过研究发现，包套高硅钢热轧板在室温和280 温度区间发生了较为明显的脆性-韧性转变，在280 拉伸时延伸率显著增大，断口形貌呈现出大量韧窝，表现为塑性断裂。根据实时监测的工艺参数可知，包套6.5%Si高硅钢热轧板在550600 温轧时的平均轧制力与板厚、辊缝、材料硬化程度及开轧温度等因素相关，压下率随着厚度的减薄先增大而后减小，减小的原因与轧制负荷趋于饱和及轧制厚度接近目标厚度有关。温轧成品板的包覆层与中间层之比为1/5，0.3 mm厚温轧板经高温退火后，制备出成品板磁性能优异，其高频铁损P0.2/10k为78.8 W/kg，明显低于普通的3%Si硅钢。关键词：6.5%Si高硅钢；包套轧制；力学性能；磁性能DOI:10.20057/j.1003-8620.2023-00032 中图分类号：TG132.2Preparation of 6.5%Si High Silicon Steel by Pack Rolling Method and its Performance CharacteristicsChen Jinqi1，Cheng Zhaoyang1，Feng Dajun1，Wang Xiaoxiao1，Shi Xiangju2，Peng Zhixian1，3（1 The State Key Laboratory of Refractories and Metallurgy，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430081，China；2 Putian Low-Carbon Industry Research Institute，Wuxi Putian Iron Core Co.，Ltd.，Wuxi 214192，China；3 Scientific Research Department，Zhejiang Jincheng New Material Co.，Ltd.，Huzhou 313100，China）Abstract：In view of the brittleness and difficulty in rolling of 6.5%Si high silicon steel at room temperature，ordinary silicon steel hot rolled plate（3%Si）is used to cover the high silicon steel（6%-8%Si）billet，and produce 0.3 mm thickness high silicon steel strip by hot rolling，warm rolling and high temperature annealing.It is found that the hot-rolled high silicon steel by pack rolling has a brittle-ductile transition in the range of room temperature and 280，the elongation increases significantly at 280，and the fracture morphology exhibits a large number of toughness nests，manifested as plastic fracture.According to the real-time monitoring of the process parameters，it can be seen that the average rolling force of the pack-hot-rolled 6.5%high silicon steel during warm rolling at 550-600 is related to the plate thickness，roller gap，material hardening degree，rolling temperature and other factors.The reduction rate first increases and then decreases with the thickness reduction.The reason for the reduction is related to the saturation of rolling load and the proximity of rolling thickness to the target thickness.The ratio of the cladding layer to the core layer of the warm-rolled-finished plate is 1/5.Warm rolled plate with a thickness of 0.3 mm was annealed at high temperature，and the high-frequency iron loss P0.2/10k of finished plate is 78.8 W/kg，presenting excellent magnetic properties，which is significantly lower than that of the ordinary silicon steel with 3%Si.Key Words：6.5%Si High Silicon Steel；Pack Rolling；Mechanical Properties；Magnetic Properties硅钢是应用最广泛的软磁材料，在电能的生成、传输及使用中起到了关键作用，广泛应用于发电机、变压器、电动机等器件1-3。与传统的3%Si硅钢相比，6.5%Si 高硅钢在高频下的铁损可以下降50%以上，磁致伸缩几乎为零，因而可以实现铁芯的高频率低铁损和低噪音，特别适用于制造高速高频电机、高频变压器、扼流圈等4-6。但是，随着硅含量增加，一方面因为硅的固溶强化使得强度和硬度增加、塑性降低，加工性能变差7。更主要的是，当硅含量超过4.8%时，高硅钢发生有序转变，形成脆性的B2和DO3有序结构，导致加工性能显著降低，难以通过传统的冷变形方式加工成型8-9。基金项目：国家自然科学基金（No.52274393，No.51804231），湖北省自然科学基金（No.2022CFB091）,校级大学生创新创业训练计划项目（22Z007）作者简介：陈锦旗（2002-），男，本科；E-mail：；收稿日期：2023-03-03通讯作者：石祥聚（1987-），男，博士，工程师；E-mail:114第 4 期陈锦旗等：包套轧制法制备6.5%Si高硅钢及其性能特点目前，仅日本JFE公司采用CVD方法工业化生产高硅钢，但是CVD方法工艺流程长、且对环境污染较大10。探究合适的制备方法是高硅钢领域的研究热点和难点。包套轧制（Pack Rolling）作为一种有效的金属复合板制备工艺，一般将塑性较高的金属材料包裹在难变形金属材料表面，通常用来生产特殊要求或难加工的金属材料，如高温合金、钛铝合金等11-14。在高硅钢领域，日本钢管公司公开了一项采用包套轧制法制备高硅钢板的专利15。将一块或数块叠层高硅钢板作为芯材，周围用低碳钢（0.1%C）进行包覆，并加以焊封，然后热轧。为便于轧制钢板的剥离，在钢板包覆前需涂上剥离剂，从而与钢板表面形成绝缘膜。为防止剥离剂分解，轧制温度不宜过高，一般低于900。但是，硅钢的再结晶退火温度一般高于900，因此，该方法制备的高硅钢后续的退火温度较低，得到的磁性能较差。姬帅等人16采用包覆浇铸方法制备的Q235低碳钢-10%Si 高硅电工钢-Q235 低碳钢三层复合铸坯，然后进行热轧及温轧，对轧制过程中产生的裂纹及其演变进行研究。研究发现，高硅钢轧制过程产生的深度裂纹一直保留在复合板内层，扩散退火可以适当消除轧制过程产生的微裂纹。采用日本专利的低碳钢包套轧制15，为了防止剥离剂分离，热处理温度不能太高，这就导致磁性能较差。为获得磁性能优异的复合高硅钢薄板，同时更好的匹配变形，提高界面结合强度，选用工业化3%Si硅钢作为包覆材料，3%Si硅钢本身具有优异的软磁性能，同时成分纯度较高，界面间不容易出现脆性的金属间化合物。考虑到0.5 mm普通硅钢冷轧板作为包覆层时，进行大压下量轧制时，厚度太薄容易出现包覆层破裂。因此，本文基于前期研究，采用2.03.0 mm普硅热轧板（3%Si）对高硅钢（6%8%Si）钢坯进行包套的方法17，芯层和包覆层通过焊接形式进行连接，通过热轧和温轧制备出0.30 mm厚度的6.5%Si高硅钢片，测试了经高温退火后高硅钢的高频磁性能，为高硅钢加工性能改善提供借鉴。1实验原料及方法以工业纯铁为原料，添加适量的硅铁、锰铁、铝丸等合金，采用 50 kg 真空感应炉冶炼 Si 含量为6.0%8.0%的高硅钢，并在1 4501 530 浇铸成25 kg 左右的钢锭。将钢锭放在加热炉中加热到1 2001 250，采用大辊径热轧机进行开坯热轧，经多次正压与侧压，轧制为2244 mm（厚）100150 mm（宽）500600 mm（长）条形坯。将上述条形坯采用高速水刀切割为 2244 mm（厚）80100 mm（宽）100150 mm（长）的矩形块。采用宽度与上述矩形块相当的热轧硅钢板（Si含量为 1.0%3.0%、厚度为 2.03.0 mm 硅钢热轧板），对矩形块进行焊接包套，要求硅钢板的接口及两侧开缝处充分焊接融合，如图1所示。在包套之前，需对包套硅钢板和矩形块表面的氧化铁皮打磨干净，并保证表面平整、光洁。为了保证包套硅钢板和矩形块之间紧密接触，需要在钳台上将两者夹在一起进行焊接。最终包套板坯的尺寸为2749 mm（厚）85105 mm（宽）105155 mm（长）。将 上 述 包 套 板 坯 在 保 护 气 氛 中 加 热 到1 150 ，并 保 温 12 h，开 轧 温 度 为 1 1201 140、终轧温度为880900，然后经过46道次热轧至 1.62.5 mm 厚，要求压下率控制在 90%左右。将包套热轧板切割为长度300350 mm，宽度100 mm左右，在加热炉中加热至500750，保温35 min，然后进行温轧，随着板材变薄，散热加快，加热温度逐渐增高一些，在厚度小于1 mm时，加热温度基本在600750 之间，实际温轧的轧制温度维持在550600。温轧每次只轧制1道次，然后回炉保温，温轧板长度较长时进行切割。温轧机轧辊长度 250 mm，工作辊直径120 mm，温轧每道次控制压下率在3%20%，成品厚度控制在（0.300.03）mm，长 度 为 500600 mm，宽 度 为 110115 mm。最后将温轧板在 N2H2=2 1的保护气氛中升温至 500600，保温 30 min，然后在氢气气氛中升温至1 150，保温1 h，冷却到600 通入N2至室温出炉，得到温轧成品板。采用金相显微镜（ZEISS Axioplan 2 imaging）