无取向硅钢基本知识

冷轧无取向硅钢的基本知识目录一、化学成分对冷轧无取向硅钢的影响二、基本小知识1.范性形变2.γ-α相变3.冲剪应力对冷轧硅钢片磁性能的影响4.消除应力退火对消除冲剪应力效果研究一、化学成分对冷轧无取向硅钢的影响硅（Si）碳（C）锰（Mn）磷（P）铝（Al）硫（S）硅：1、硅有一种特性，即：能提高钢板的电阻率。硅钢中加入Si就能降低铁损，铁损由P磁、P涡、P附加组成，由于Si的添加降低了P涡；但也降低了B值。2、Si元素缩小了γ相区，Si在较高时，退火容易脱C，Si有利于钢中C的石墨化，Si可提高钢中固溶体的强度和冷加工变形硬化率，其作用仅次于P。3、硅对超低碳钢的脆性转变温度的影响（见图1.）4、硅极大降低钢的导热率，加热和冷却速度过快将会造成内外温差较大，易形成裂纹。图1.脆性转变温度-20308013018023028001234碳：1、碳钢的强度和其他性能主要取决于碳的存在形式和碳化物的形状、大小以及分布状态等，即：取决于钢的金相组织。2、碳对冷轧低牌号无取向硅钢的主要影响碳的增加将使铁损P15增加，碳在钢中以间隙状态存在。增高则引起磁时效，如消除磁时效现象，要求C在0.003%以下。C元素是扩大γ相区，使γ-α相变温度降低，如C含量过高成品退火时，温度就要降低，晶粒长不大，铁损降不下来，如果不降温，就会有γ相存在。而C的扩散系数在α与γ相内相差250多倍，原因何在？点阵密度不一样。C低可以降低AlN的固溶度，AlN的固溶度与γ相量的多少有关。锰：1.该元素是良好的脱氧剂，同时与S有极强的结合能力，因此能消除和减弱S引起的热脆性。2.锰是扩大γ相区的元素，降低共析温度，同时也降低共析体中的碳含量，也就是说铁碳平衡图中的共析点S向左下方移动。3.锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用，原因在于Mn降低了钢共析点的C含量，根据杠杆原理，相同C含量的C钢，Mn高的铁素体所占的比例就会少。4.Mn和S形成的MnS，可防止沿晶界形成的低熔点的FeS所引起的热脆现象（MnS的熔点高，同时比Fe与S的结合力强），因而改善热轧时的塑性，Mn可改善热轧板的组份和结构。可使（100）和（110）组份增强，（111）组织减弱，改善磁性能。总之，最理想的是将S进一步降低才能尽可能的少形成MnS夹杂物。磷：1.P提高电阻率，因此与Si有相同之处，同时P也缩小γ相区，促进晶粒长大，降低铁损（涡流）。2.P对提高钢的抗拉强度有显著作用。P是所有元素中提高冷加工变形硬化率作用最强的，但是这些作用是对含C很低的软钢才有，如果C含量增加，这种作用就消失了。同时可提高硬度，改善冲片性能。3.P是向晶界偏聚元素，它可提高（100）的组份，减少（111）组份，因此可提高B50值。4.P与Si有相似之处，可部分的取代Si。目前我们生产的50W600就是一例。铝：1.铝和硅的作用相近（对硅钢而言），它能提高电阻率ρ，可降低涡流损失，降低矫顽力。2.铝与氧的结合力极强，是强脱氧剂，但脱氧后形成的Al2O3在硅钢中是最有害的夹杂物。因其是极细小的，对晶粒的长大非常有害，同时也影响铁损和磁感。3.铝除了Al2O3形式存在于钢中，还有AlN和固溶Al，固溶Al是我们所希望的。AlN：1.大家都知道铝可以细化钢的本质晶粒，但当铝含量（固溶铝）超过一定量时，钢的奥氏体晶粒反而容易长大，这个量对于碳素钢而言，约在0.05%左右，铝之所以能细化钢的晶粒和提高钢晶粒开始粗化的温度，一般认为是由于铝在钢中与氮形成了细小弥散的AlN，起到了对晶界的钉扎作用，晶粒很难长大，当AlN聚积或溶解时，这种钉扎作用就消失了。2.对我们所生产的冷轧无取向硅钢而言，AlN是有害的，特别是那些细小弥散的AlN，然而在实际生产中又是无法避免的，我们唯一能控制的是AlN的形态和分布，因此要求热轧的均热温度必须小于1200℃（武钢控制在1100℃、日本按1050℃控制）。3.曾经有人做过AlN的析出和固溶实验，数据如下：1、AlN析出温度实验表明，在高温加热时，AlN以Al和N形式固溶于基体中，随温度降低AlN又重新析出：试样温度AlN析出1#1360℃x20’淬水0.0053%2#1360℃x20’淬水——1250℃x5’淬水0.0066%3#1360℃x20’淬水——1200℃x5’淬水0.0086%4#1360℃x20’淬水——1150℃x5’淬水0.0094%5#1360℃x20’淬水——1100℃x5’淬水0.012%6#1360℃x20’淬水——1050℃x5’淬水0.016%7#1360℃x20’淬水——1000℃x5’淬水0.018%8#1360℃x20’淬水——950℃x5’淬水0.020%9#1360℃x20’淬水——900℃x5’淬水0.020%10#1360℃x20’淬水——500℃x5’淬水0.015%50010001500AlN%℃0.0050.010.022、AlN固溶实验表明，在温度加热到1200℃时，AlN基本没有固溶，超过1200℃AlN固溶明显增加，当加热到1300℃AlN全部固溶：试样温度AlN析出1#1150℃x1小时缓冷30℃/小时到800℃0.029%2#1150℃x1小时+1150℃x3.5小时水淬0.027%3#1150℃x1小时+1200℃x3.5小时水淬0.025%4#1150℃x1小时+1250℃x3.5小时水淬0.015%5#1150℃x1小时+1300℃x3.5小时水淬0.0033%6#1150℃x1小时+1325℃x1小时水淬0.003%7#1150℃x1小时+1350℃x3小时水淬0.0024%8#1150℃x1小时+1350℃x1小时水淬0.0029%9#1150℃x1小时+1370℃x3小时水淬0.0022%0.010.020.029AlN%℃硫：1.S对冷轧无取向硅钢是有害元素，其存在导致材料的P15增加，同时和Mn形成MnS，而MnS一旦以细小弥散的状态存在于钢中，可强烈的阻止晶粒长大。因此在整个生产过程中，必须防止析出细小的MnS，而设法使其粗化。2.我公司的产品晶粒度比宝钢和武钢的都小的原因恐怕就在于MnS和AlN的析出状态。二、其它小知识（1）1、范性形变的知识对于α-Fe而言，不是密堆结构，没有一个面其原子密度显著地大。（110）的原子密度最大，但与其它平面密度相差也不大，其（110）、（112）和（123）都可能滑移，温度是决定滑移面的一个因素，在Tm/4（Tm是金属的熔点）以下，体心立方晶体的滑移面是（112），中温Tm/4~Tm/2的情况下是（110），在更高温度下则为（123）。二、其它小知识（2）2、γ-α相变，西山关系（111）γ∥（110）α[110]γ∥[111]α我认为这就是为什么很多专利介绍时强调：在热轧过程中必须有部分γ-α相变存在才能获得高磁感的原因。我们已认识到获得高磁感必须提高终轧温度才行。目前的终轧温度尚不够，应提高到870℃以上效果可能会更明显。｛二、其它小知识（3）3、冲剪应力对铁损和磁感的影响冷轧硅钢片在冲剪和铁心紧固等加工过程中，由于受冲剪应力的影响，将会导致磁性能下降，结合中小型电机齿宽较窄，最小只有3mm左右的特点，为了定量分析其变化，我们采用了不同宽度的试样进行模拟试验研究。测试方法采用GB/T3655-2000《用爱泼斯坦方圈测量电工钢片（带）磁性能的方法》进行。宝钢、武钢、太钢冷轧硅钢片不同宽度试样铁损增值宽度宝钢片武钢片太钢片ΔP10%ΔP15%ΔP10%ΔP15%ΔP10%ΔP15%30————————————100.26+9.60.374+6.40.344+12.70.437+7.40.316+12.50.452+8.47.50.347+12.80.551+9.40.427+17.40.706+12.00.398+15.70.578+10.760.538+19.80.919+15.80.632+23.31.027+17.40.593+23.41.029+19.04.30.628+23.21.032+17.70.77+28.41.166+19.80.683+27.01.102+20.431.181+43.61.734+29.71.108+40.81.6+27.21.155+45.71.623+30.0太钢冷轧片铁损曲线012345678910B(T)P(W/kg)30*30010*3007.5*3006*3004.3*3003*30068101214宝钢、武钢、太钢冷轧硅钢片不同宽度试样磁钢下降值宽度宝钢片武钢片太钢片ΔB10%ΔB25%ΔB10%ΔB25%ΔB10%ΔB25%30————————————10-0.0291.88-0.0090.55-0.0372.35-0.0090.54-0.0352.25-0.0080.487.5-0.0432.78-0.0110.67-0.0472.99-0.0110.66-0.0513.28-0.0140.856-0.0754.85-0.0191.10-0.0724.58-0.0171.02-0.1016.49-0.0261.574.3-0.0915.89-0.0231.40-0.1046.62-0.0261.56-0.1097.00-0.0291.753-0.22414.49-0.0482.92-0.20012.72-0.0412.46-0.24315.61-0.0513.08太钢冷轧片磁感曲线0.9511.051.11.151.21.251.31.351.41.451.51.551.61.651.71.75H(A/cm)B(T)30*30010*3007.5*3006*3004.3*3003*3005101520253035404550由上述数据分析可以得到：冷轧硅钢片经冲剪加工后，随着冲剪宽度的变窄，磁感下降而铁损明显增大。如冲剪宽度由30mm变为3mm时，铁损P15/50将增加约30%，磁感B10下降约15%，B25下降3%。冲片铁损增大，将直接影响电机效率。小功率电机定、转子铜耗之和占电机总耗损的绝大部分，铁耗所占比例较少，因此所增加的损耗对小电机影响较小，而对大功率电机影响较大。磁感的降低，将影响电机的功率因数，因设计时，激磁电流的计算是按30mm宽度试样测得的磁化曲线计算。而电机正常工作时，实际将运行在受冲剪影响的不同宽度试样磁化曲线之上。由于小功率电机齿部宽度较小，受冲剪应力影响较大，磁感下降也大，使励磁电流增大。二、其它小知识（4）4、消除应力退火对消除冲剪应力效果研究冷轧硅钢片在冲剪后磁性能有较大的下降，为了恢复材料原有的磁性能，将各种冲剪宽度的试样进行退火处理以消除其冲剪应力。冷轧硅钢片的退火工艺时间2h2h750℃100%N250℃/h200℃炉冷从试验结果看，该工艺对恢复材料原有的磁性能是有效果的。如：试样宽度由30mm变为3mm时，铁损P15由5.656W/kg增大到7.429W/kg，相当于降低了2个牌号；经退火消除应力后，铁损P15由7.429W/kg减小到4.87W/kg，相当于升高了3个牌号，磁感也有较大的改善，接近于原有水平。这一项研究结果，为今后开发高效率电机，提供了一个降低铁损的工艺措施。但在生产上应用，还应对退火设备、退火温度、保护气体、生产效率、成本等各个方面进行研究。