无取向硅钢组织结构和化学成分对磁性能影响及生产工艺控制 -

维普资讯太钢科技磁性能提高。如前所说，高牌号无取向硅钢即使采用高温卷取也很难消除热轧板中心粗大的伸长形变晶粒，如果不采取常化处理，成品中瓦垅状缺陷严重，表面质量差，磁性能降压下率较高，高达８～９，５Ｏ但其缺点是热轧板过厚，冷轧负担大，产量低。低牌号无取向硅钢也经常以半成品状态出厂，特别是压缩机电机冲片都用半成品。半成品的制造工艺是生产厂将冷轧带进行退火，再经过临界变形冷轧，用户冲片后进行消除应力退火。临界变形的主要目的是在以后消除应力退火时促进晶粒长大。半成品产品低。常化处理使热轧板完全再结晶，并促使晶粒和析出物长大，既提高了磁性能，又改善了表面质量，因此高牌号无取向硅钢采用一次冷轧法时必须经常化处理。热轧板常化虽然可显著提高磁性能和改善表面质量，但控制不好也会产生负作用。常化时间一般控制在２ｍｎ常化温度过低会残留纤维状组￣５ｉ，织，不能使热轧板晶粒和析出物粗化，起不到常化的作用，温度过高（比如１０℃以上）１０容的主要优点是：１消除冲片产生的应力，（）晶粒更粗大，铁损明显降低；２冲片性高；３（）（）冲片毛刺通过发蓝处理可绝缘；４冲片毛刺（）软化，改善了叠片系数。总之，半成品可充分发挥低硅电工钢的最佳性能，也是利用应变易使析出物固溶和热轧板晶粒过于粗大。常诱发晶界迁移来提高性能的惟一材料。临界化时固溶的析出物在冷却过程中或在冷轧板压下率对消除应力退火后的织柯和磁性能有再结晶退火过程中又以细小弥散的状态析出，阻碍再结晶退火时晶粒长大和畴壁移动，严重恶化磁性能。热轧板晶粒过大时冷轧变形不均匀，再结晶组织也不均匀，容易出现混晶，恶化磁性能，同时产生桔皮状的表面缺显著的影响，消除应力退火过程中晶粒长大的驱动力是不同晶体取向晶粒之间的储能差，压下率太小时，退火时不能为晶粒长大提供足够的驱动力，压下率太大时会导致初次再结晶，不能发挥临界压下的作用。临界压下率的范围一般为３Ｏ，～１在采用较大的压下率时，消除应力退火后具有较强的高斯织构，而且在较低的温度就可以依靠应变诱发晶界迁移使晶粒长大。硅含量较高的高牌号无取向硅钢既可以采用一次冷轧法生产，可采用带有中间退也火的二次冷轧工艺。与二次冷轧法相比，一陷。对于存在相变的中、低牌号无取向硅钢，如果常化温度超过Ａ。冷却过程中由于相ｃ．变导致晶粒细化，热轧板晶粒不能粗化，因此，常化温度应小于Ａ。ｃ。３３冷轧工序．中、低牌号全工艺产品一般用一次冷轧法生产，５用～６道次轧成０５ｍ。冷轧压．ｍ下率对磁性能的影响与冷轧前的状态有明显的关系。对于不经常化或预退火且卷取温度较低的热轧板，冷轧前晶粒较小，冷轧压下率过大，成品晶粒小、铁损高、磁感低，因此，合适的冷轧压下率较低，一般＜８。压下率Ｏ也不能太低，压下率太低时，热轧钢带厚度较小，卷取后的冷却速度较快，卷端效应（头部和尾部的磁性能比中部的低）更加明显，析出物不能聚集长大，热轧板晶粒细小，恶化磁性次冷轧法对钢的化学成分、纯净度和热轧板的组织结构比较敏感，要求严格控制炼钢条件和热轧板状态。当钢的纯净度高并且对热轧板进行常化时，用一次冷轧法就能生产出性能较好的高牌号产品，而且一次冷轧法的磁各向异性较小。当钢质较差且热轧组织状态不能满足要求时，二次中等压下率冷轧工艺可获得较高的磁性，至少比一次冷轧工艺提高一个牌号，并且表面质量较好，这是因为二次中等压下工艺可获得较大的晶粒和较有能，压下率一般＞７。对于经过预退火或Ｏ常化的热轧板，冷轧前晶粒较大，合适的冷轧利的织构。二次冷轧法中的压下率分配，最维普资讯・１２・２０年第１０５期初高牌号无取向硅钢为确保低铁损，通常采用临界压下促进最终退火时晶粒长大，来后开发的极低铁损高牌号无取向硅钢通常采用二次中等压下工艺，中间退火和成品退火都采用高温短时促使晶粒长大和防止渗氮，中间退火后晶粒较大时可以增强成品中有利织构的组分，与一次冷轧法中常化改善成品织构的作用类似。与临界压下比较，二次中等压下的磁性能较好，并且磁各向异性较小，二次中等压下工艺其最终压下率以４～６％５６为宜。总之，冷轧工艺应与钢质、成分及热轧板组织结构相匹配，一次冷轧工艺对钢的纯净度、热轧、常化和成品退火等条件要求严格；当上述条件暂不具备时，可用二次中等压杂物含量、加热速度有关。硅含量越高，最佳晶粒尺寸越大，且硅阻碍退火时的再结晶并和晶粒长大，所以，硅含量高时退火温度应适当提高；铝含量较高时，由于ＡＮ析出物较ｌ粗大，ｌ晶粒长大的阻碍作用较小，ＡＮ对晶粒容易长大，退火温度可以适当低一点。夹杂物尤其是细小弥散的夹杂物阻碍晶粒长大，因此，当钢的纯净度较低时，退火温度应适当提高；加热速度较快时，达到最佳磁性能的合适退火温度也较高。无取向硅钢一般采用二段式连续退火工艺，即前段低温使用湿气氛，后段高温使用干气氛。这样配置可以促进脱碳和减少氧化，因为在７Ｏ６℃的５～８０温度区间退火时，具有最高的脱碳速度，并且下冷轧工艺。近年来，由于冶炼技术的进步，钢水的纯净度显著提高，同时由于电磁搅拌技术在连铸中的成功应用，高牌号无取向硅钢的二次冷轧法逐渐被一次冷轧法取代。３４退火工序．湿气氛中温度越高氧化越严重，而后段高温也可促进晶粒长大。退火时吸氮会在钢板表面层形成细小的ＡＮ阻碍表面层晶粒长大，１恶化磁性能。一般来说，当温度大于９００℃才会有明显的吸氮，由于前段温度较低，吸氮退火的目的是通过再结晶消除冷轧产生的应变和促使晶粒长大，如果原始碳含量较高，通过控制气氛和露点，退火过程中也可以脱碳。目前，一般采用连续炉进行退火。退火工艺对成品的磁性能有显著影响，连续退不明显，使用二段式连续退火工艺时，后段时间较短，吸氮也减少。退火气氛对磁性能有显著影响，并且退火气氛的选择应与原始碳含量相对应。无取向硅钢的退火气氛一般使用Ｎ、和ＨｏＨ的混合气体。当碳含量较高时，为了有效脱点较高。脱碳速度与混合气体中Ｈ和Ｈｏ的分压比关系不大，而是决定于混合气氛中Ｈｏ的绝对量，ｚｚＨｏ的含量越高，初始阶段脱碳速度越快，但由于Ｈｏ含量高时氧化速度也加快，氧化形成的表面氧化层会阻碍脱碳后期的脱碳速度。因此，０含量太高时Ｈ：不能保证有效的脱碳，反而会加速第二段高温干气氛中退火时表面的吸氮，因为氮在氧化层中有更高的渗透性。提高Ｈ和Ｈ（。）的分压比，可以减轻钢带表面的氧化，有利于火工艺参数主要包括退火温度、时间、气氛、磁性能的影响互相关联，要达到最佳的磁性能，以上参数需要适当组合。退火温度和时间的选择要保证晶粒充分长大，并且析出物不固溶，在满足前面要求的条件下，尽可能缩短退火时间，高温短时既能加热速度以及冷却速度等，而且这些参数对碳，前段气氛中Ｈｏ的分压要求较高，即露使晶粒长大，又可减轻表面氧化和氮化。对于有相变的低牌号无取向硅钢，退火温度不能超过Ａｃ，否则，将发生相变，晶粒细化，使不能充分长大，相变也产生大小混合晶粒，破坏有利织构组分，由于碳在７相中的扩散速度远小于ａ相中扩散速度，温度超过Ａｃ减磁性能和表面质量的提高。只要退火时Ｈ和Ｈｏ的分压比＞３５就能保证退火时钢．，慢了脱碳速度。退火温度也与合金元素和夹维普资讯太钢科技・１３・带不被氧化，因此，提高气氛中Ｈｚ含量就可以相应提高炉内水蒸气的含量，从而提高脱碳速率和脱碳能力，并减轻钢带表而的氧化由于氧化反应从２０５已经开始，Ｃ就而脱碳反应速度从７０５明显加快，以在加热Ｃ才可阶段使用于气氛快速加热到税碳速度最快的说明了晶粒大小和晶体织构都对磁性能有显著的影响。再结晶晶粒尺寸取决于形核率和晶粒长大速度，相对于慢加热而言，在快加热过程中，再结晶前回复发生的更少，再结晶时变形基体中有更多的形变储能，高储存能不仅能提高晶粒长大速率，同时也增加形核率，而且形核率的增加更为显著，因此，快加热倾向于使晶粒尺寸变小。工业大生产过程中，温度．然后再进入露点较高的脱碳段快速脱碳，既减轻了钢带的氧化．这样又不影响脱碳效果。当原始碳含量较低（０ｐ时，￣３ｐｍ）即使退火过程中不脱碳也不会引起磁时效，退火当提高加热速度时，为了增加产量，一般加快钢带的运行速度，总退火时间缩短，在高温段的停留时间也缩短，因此，晶粒尺寸一般变气氛可以使用于气氛，氧化现象不明显，吸氮也可以减轻，这种情况下主要是避免高温时表面吸氮，因为即使不形成氧化层，高温时表面吸氮也比较严重。对于硅含量和相变温度低的低牌号无取向硅钢，由于退火温度较低，吸氮不明显，使用一段式退火工艺与二段式退火工艺对磁性能的影响区别不大。对于相小。如果提高加热速度时不加快钢带的运行速度，即使由于快加热导致再结晶刚完成时晶粒尺寸较小，由于在高温段的停留时间延长，退火完成后晶粒尺寸也会增加。加热速度对成品织构的影响与冷轧前晶粒的大小有关。当冷轧前晶粒尺寸较大时，随着加热速变温度较高（高于明显吸氮的温度）或不存在相变的高牌号无取向硅钢，与一段式退火工艺相比，二段式退火工艺可明显提高磁性能。度的提高，成品中高斯织构明显加强，ＩＩ｛Ｉ｝（１）Ｉ２织构组元轻微下降；当冷轧前晶粒尺寸较小时，随着加热速度的提高，成品中｛Ｉ｝ＩＩ（１）Ｉ２织构组元显著降低，高斯织构强度轻微增加。加热速度对成品织构的影响与冷轧前晶粒大小的这种依赖关系可能与冷轧时形成的剪切带的数量有关。这是由于高牌号无取向硅钢退火温度较高，采用一段式退火工艺时由于高温停留时间较长，表面吸氮形成细小的ＡＮ阻碍表面晶粒ｌ长大，恶化磁性能；二段式退火工艺由于前段温度较低，高温停留时间较短，吸氮不明显，表面层不形成细小晶粒．，因此磁性能提高。冷却速度对磁性能也有显著的影响，这是由于冷却速度影响钢板中的内应力，内应力随钢板冷却速度的加快而增加。钢板中存在内应力会使矫顽力增大，磁性能降低。因此，退火后应采用较慢的冷却速度，尽可能减小钢板中的内应力，这对改善磁性能非常有利。４结论加热速度的提高提供了降低无取向硅钢铁损的途径，同时也提高了磁导率，加热速度主要通过改变退火后晶粒大小和晶体织构而影响成品的磁性能。然而到目前为止，已经报道的有关加热速度对成品晶粒大小和织构的影响是矛盾的。一些学者发现快速加热能促进有利织构的形成，晶粒尺寸变小；但另一些学者发现快速加热能促进晶粒尺寸变大，但有利织构组分减弱；还有一些学者发现快速加热既能促进晶粒尺寸增加，又能促进有利织构的形成。这些矛盾的结果说明加热速度对晶粒大小和晶体织构影响的复杂性，也冷轧无取向硅钢的磁性能由化学成分和内部组织结构决定，晶粒尺寸、夹杂物含量及分布、晶体织构、内应力、钢板表面状态和化学成分都对磁性能有明显的影响。钢的内部组织结构是由实际生产工艺控制的，无取向维普资讯・１・４２０年第１０５期［３５储双杰．特殊钢．９８９（）７２１９，１１：～１．［］６储双杰．特殊钢，０３２２：７９２０，４（）３～３．硅钢生产的每个工序都会对微观组织结构有显著的影响，因此，要对生产的全过程进行合适的工艺控制，以达到最佳的磁性能。炼钢［－７谢晓心．１钢铁研究，０３１４（）５～５．２０，３５：２８［］８Ｍ．Ｆｒ．ＩＩＩｔｎｔｎｌ０１１ｅｒＳＪｎｅａｉａ，２０，４ｙｒｏ（）８６８２８：７～８．’工序要尽可能提高钢水的纯净度，减少杂质和夹杂物的绝对量，并使夹杂物粗化。热轧工序要尽可能避免夹杂物固溶后又弥散析［］．丁ａｋＳＪＩｔｎｔｎｌ０３３９Ｊ．Ｐｒ．ＩＩｎｅａｉａｒｏ２０，４（０：１１～１１．１）６１６４出，并提高热轧板的再结晶率和促使晶粒长大。冷轧工艺应与钢质、成分及热轧板组织ＥｏＴｉｉａａｍａ．ｏＭＭＭ，０１２４ｌｌａｅＮｋｙ．Ｊｆｓ２０．３（０：５６．１）５～１结构相匹配。退火工序要尽可能脱碳，并避免钢带的氧化和氮化，同时使再结晶晶粒长到最佳的尺寸。［１张留文．电工钢，００４２：６９．１］２０，０（）２～２［２Ｊ．Ｐｒ．ＭａｒｌＳｉｃＦｒｍ，１］．Ｔａｋｔｉｓｃｎｅｏｕｅａｅ２０，４８４２：１６～１６．０２０—１２３２８Ｅ３ＡｕＳｘｎ．ＩＩＩｔｎｔｎｌ２０．４１－ｔｌａｅａＳＪｎｅａｉａ，０４４Ｉｒｏ（）：１７～１７．７２３２５［４Ｒｒｕａ．ｏＭＭＭ，２０，２４１］．ＰｅｍｒｍｋＪｆ０３６参考文献［］１何忠治．电工钢．北京：冶金工业出版社．（０：７～８．１）５５［５ｈｎ—ＫｎＨｕＩＩＩｔｒａｏａ，１］Ｃｕａｏ．ＳＪｎｅｎｔｎｌｉ１９９６．３５：５３５１６（）６～７．［－２李开焊．炼钢，９４３４～５．１１９，：７２［］良田．武钢技术，００３１．３刘２０，：～５［］ｎｒＴｋｓｉａＥＥＴａｓ４Ｍｉｏａａｈ．ＩＥｒ．Ｍａｎｏｍｎｇ．１９，３１：５７５１９９４（）５～６．［