硅钢的热处理

1、第三节硅钢的热处理一硅钢的热处理知识硅钢实际上就是铁硅合金，硅钢的热处理就是研究硅钢性能与加热温度，时 间和炉内气氛以及冷区之间的关系的一门学科。因此可以说硅钢的热处理就是铁 一硅合金在加热，保温，冷却以及炉内气氛作用下，改变硅钢的组织结构，从而 获得所需要的性能的工艺加工方法。冷轧硅钢带除了热轧卷的常化退火外，冷轧后还需要进行多次各种形式的热 处理。中间脱碳退火，消除加工硬化退火，氧化镁隔离涂层烘干处理，高温环行 炉及罩式炉退火，拉伸热平整退火，成品退火以及绝缘层烘干烧结处理等。在这 里根据铁一硅合金平衡相图来进行说明：十九世纪末所使用的软磁材料大多采用工业纯铁，其铁芯的铁损值很大，磁 感在

2、10000高斯以下，而铁芯损值36W/kg。所以生产出来的发电机，电动机 以及变压器等体积大，质量差，效率底。后来发现，加入少量的硅以后，能使磁 感提高，而铁损大为降低。经研究发现，硅对磁感的高低起着决定的作用，这是 因为：硅可以提高导磁率，减小矫顽力，降低磁滞损失；硅可以缩小Y区，降低涡 流损失；同时硅还可以促进碳的石墨化，减少碳对磁性的有害影响。由于硅有上 述作用，铁一硅合金现被广泛应用于电机，变压器以及通讯工业上。通常用的硅 钢片就是FeSi二元合金，其它杂质很少，其平衡相图如图1所示。所以含Si量增加，铁损P降低，而磁感B增加，但是脆性增大，加工难度 大，成型困难，一般无硅电工钢含硅量

3、在0.3%以下，低硅电工钢硅含量在0.3 0.8%，中硅电工钢硅含量在0.82.4%，高硅电工钢硅含量在2.53.4%以内。从Fe-Si二元合金平衡图中可以看到，左边部分对生产硅钢特别有用，当硅 含量低于15%时，大部分都是单相的a -铁，a -铁为体心立方结构。在广大的a -铁单相区中间有一个Y 一铁区域（Y圈）Y铁具有面心立方结构。它只有当硅 底于2.5%且温度在900以下时才存在，而低温时仍然是。-铁。在丫 一区和a 区间是狭窄的二相区。如果硅铁合金中，增加少量的碳，就可以伽 区扩大，a +Y二相区亦相应地变宽，（见图2所示），由该图中可以看出，随着硅含量的增 加，磁性转变温度（即居里点

4、）曲线就下降。硅对铁一硅合金的性能有很大的影响，即使少量的硅也会十分显著地改变铁 一硅合金的物理性能和机械性能。硅加入铁中能提高硬度和强度，而延伸率及冲 击韧性会降低，硅对脆性特别敏感，以致使加工造成很大困难。(Si%)(Si%)1-a +y +碳化物（0.07%的碳）2-a +碳化物 3一磁性转变图2微量碳对铁碳相图a、y相界线的影响冷轧硅钢片的含Si量一般都在3.5%以下、含Si量越高，脆性越大，轧制 成型就越困难。而对于热轧硅钢片的含Si量一般在5%以下。这是因为Fe-Si 合金的塑性与温度有密切的关系，如含Si量为4.5%的硅钢在常温下很脆，但 是加热到100C左右，就能进行轧制了，下

5、图3表示了不同含硅量在各种温度时 的塑性状态。曲线以上为塑性区，曲线以下为脆性区。当铁一硅合金纯度高含碳 量少时，硅的含量超过2.5%就不存在晶格转变的Y相。可是当含有少量碳时， 就扩大了。+Y的区域范围。如图2是含有微量碳硅铁相图。从图中可以看出， 当含有0.07%的碳时a +Y区域是两虚线所表示的范围。当含有0.01%的碳时， a +y区域是两实线所表示的范围。生产硅钢片时，在磁性发挥的最终退火中， 如果Y相的温度范围内进行退火时，会使磁性变坏，所以必须以Y相以下的温度 进行退火。如果含碳量高，a +y的范围扩大了，将影响到硅钢片合适的温度范 围。冷轧无取向硅钢片依靠时间的连续退火来使它发

6、挥磁性，但含硅量越高的硅 钢就越能够用高温进行退火所以取向硅钢片依靠高温长时间在环形炉或罩式炉 中退火来使它发挥磁性，因此取向硅钢含硅量必须大于2.5%，这样y相才不复 存在。图3含Si量对磁性的影响二、取向硅钢热轧卷常化退火一般取向钢（Q材）的热轧卷常化退火。一般取向钢的热轧卷是不通过常化退火的，但是有时根据性能及规格的需 要，也可以进行常化退火处理。通过常化，使热轧板卷的碳分布均匀，并使热轧的晶粒组织也进一步均匀化， 从而减少成品磁性的不均匀性，起着改善磁性的作用。一般取向硅钢通过常化退 火，起成品性能可以提高1/41/2个牌号等级。对降低铁损P15/50有明显效果。一般取向硅钢常化与不常

7、化退火，对成品磁性的改善，有着密切的关系，见 图4所示。由图中可以看出，有些热轧卷原来组织好的通过常化处理，结果成品 铁损变坏了，有些原来组织不好的，经过常化处理，铁损变好了。所以对一边取 向硅热轧卷，原来组织不均匀，通过常化处理可以得到补救，如果炼钢成分控制 得适当，热轧厂工艺严格控制，一般取向硅钢热轧卷可以省去常化处理。1经过常化处理2未经过常化处理高磁感取向硅钢(QG)的常化退火。高磁感取向硅钢是以MnS+AlN为抑制剂的，热轧卷的常化退火，对其有特殊 的作用，目前生产的高磁感取向硅钢常化退火还是一道必须的工序，否则将生产 不出高磁感取向硅钢的牌号。QG才由于有AlN的存在使AlN的有用

8、粒子必须以一定尺寸在最终冷轧前析 出，为了获得AlN的合适尺寸，并控制其分布，钢板的成分(C、Si、Al等)和 常化温度、时间及冷却速度，作为a -Y相转变的媒介物而相互有着密切地关系。热轧坯经过加热和轧制后，热轧卷中含有的AlN尺寸及分布有两种，既有C 型AlN和A型AlN，C型AlN是热轧过程中，高温状态下的析出物，它呈巨大盘 状凝聚体，尺寸为20003000埃，此种AlN析出物对二次再结品不起作用，A 型AlN是在热轧厂卷取后，低温500700之间的析出物，粒度较小，尺寸在 200埃以下，这种AlN是在以后的热处理过程中有用的氮化物。但是，热轧卷中的A型AlN还不能直接对二次再结品起作用

9、，还必须对热轧 卷进行常化退火处理，将热轧卷中的A型ALN进行转换，使之边成B型AlN，这 种B型AlN对二次再结品的好坏起着主导作用。热轧卷中的C型ALN经过HiB炉常化处理后，仍然是C型AlN，不发生变 化，保持原有形态。而A型AlN，经过Hi-B炉后，转化为B型AlN。在常化过程 中，A型AlN或其他氮化物(Si3N4等)都固熔在钢中，成为固态，通过850400C 进行快速冷却处理时，A型ALN边成了 B型AlN，这种转化主要是在700850C 的范围内进行的，其尺寸为200250埃。氮在Y相中的溶解度比在a相中大10倍，因此，当a -y相转变时存在着 溶解度差，由于相变时产生应变能，就

10、使析出的B型AlN在型态上非常弥散和不 规则。其抑制力增强，提高了磁感值。这种B型AlN，在以后的脱碳退火中将进 一步增多。在制订QG材常化工艺时，必须重点考虑以下几个方面：、在不破坏热轧组织的温度范围内，常化温度应尽可能高。、要使AlN均匀细小的析出，并且弥散在晶界边缘，必须采取快速急冷 的办法。、在常化退火中应该不脱碳。（4）、均热时间不宜过长否则MnS聚集、品料长大、不利于以后成品磁性 改善。取向硅钢Q材及QG材热轧卷的织构：以MnS作为有利夹杂的一般取向硅钢Q材热轧卷的结构：表面层：主要是1 0 0（0 1 1）、1 1 0（0 0 1）为主。中心层：主要是0 0 1（0 0 1）；以

11、MnS作为有利夹杂的QG材热轧卷结构：表面层：主要是1 1 0（0 0 1）、1 0 0（0 1 1）为主。中心层：主要是1 1 2（1 1 0）、1 1 1（1 1 0）、1 1 1（1 1 2）、1 0 0（1 1 0）、1 1 0（0 0 1）；由以上可以看出以MnS作为有利夹杂的一般取向硅钢，采取二次冷轧法及二 次退火法，其目的是减少钢带内0 1 1（0 0 1）结构，产生更多的高斯结构品 粒。如果冷轧压下率过大或过小，高斯结构将减弱甚至几乎不能形成，将影响到 成品的磁性，由此可见冷轧的压下率对磁性的影响是很大的。以MnS+AlN作为有利夹杂的高磁感取向硅钢采用一次强压下冷轧法，其目的

12、 是具有强抑制剂的情况下，采用大压下，使热轧板内偏离轧制方向的哪些110 （0 0 1）转变为别的结构，而偏离轧向小的哪些1 1 0（0 0 1）结构不发生 变化。这样就可以获得方向好的高斯结构基体，同时在基体中的1 1 1（112） 结构增加，由于这种结构与1 1 0（0 0 1）结构有一条共边（0 1 1），所以有 利于1 1 0（0 0 1）的发展。在有利夹杂抑制力强时，可以适当提高二次冷轧压下率，这是因为适当提高 二次冷轧压下率后可以使一次品粒均匀，使钢带表面的1 1 0（0 0 1）结构增 强，降低二次再结品的温度，使二次再结品的孕育期短等优点，这样可以获得取 向度高的成品，但要注意

13、，有利夹杂的抑制不强时，不能提高二次压下率。三、无取向硅钢热轧卷的常化退火在热轧后卷取时由于快速冷却，钢卷头尾温差较大，就钢带厚度方向看，表 面和中心层品粒组织不均，所以整个钢卷各部位的品粒组织是不均匀的，特别是 无取向硅钢的高牌号，铝含量比较高，在热轧后的钢带中析出一部分成品磁性有 害影响的弥散的AlN。通过Hi-B炉常化处理后，可使晶粒组织均匀，并使AlN 进一步聚集长大，不至于在以后的热处理中对晶粒长大起抑制作用。在这一点上， 无取向的热轧卷常化处理的作用与高磁感取向硅钢的作用恰好相反。在制订无取向常化工艺时，主要应考虑以下两个目的，即品粒均匀和AlN聚 集长大。这就要求温度越高越好，但

14、温度过高会使晶粒长得太大，使轧制成型困 难，常会了生脆性断带，边裂等。因此常化温度一般控制在800-1000C之间， 随着钢中的Si和Al含量的增加，常化温度应相应降低。通过生产试验证明，经过常化处理与不经过常化处理的成品磁性有明显提 高，铁损P10/50可降低10-15%，磁感B50可提高100-500高斯，具体数据列入 表1中。表1W材常化与未常化处理磁性对照表厚度 (mm)状态P10/50 (W/kg)W10W12W180.50未常化1.3311.3151.920常化1.1911.2701.6300.35未常化1.1581.2301.550常化1.0111.0741.450厚度 (mm)状态B50（T）W10W12W180.50未常化1.6101.6351.640常化1.6251.6421.6780.35未常化1.6051.6251.630常化1.6181.6351.675从上表中可以看出，经过常化退从处理的无取向硅