硅钢基础知识

硅钢带的生产1903

年美国和德国首先生产了热轧硅钢。美国阿姆柯钢公司于

1935

年开始生产冷轧取向硅钢，20

世纪

40

年代初生产无取向硅钢。50

年代主要工业发达国家陆续引进阿姆柯技术专利。70

年代前，世界约

80％取向硅钢都按此专利生产。1968

年日本新日铁正式生产高磁感取向硅钢(Hi-B

钢)。从

1971

年开始，美国等

6

个国家引进了日本

Hi—B

钢专利。从

1968

年开始，日本在冷轧电工钢产品质量、制造技术和装备、开发新产品和新技术、科研和测试技术各方面都远超过美国，处于领先地位。我国太原钢铁(集团)公司于

1954

年首先生产热轧硅钢。1957

年钢铁研究总院研制成功冷轧取向硅钢，到

1973

年已掌握阿姆柯技术专利要点。1974

年武汉钢铁(集团)公司从日本新日铁引进冷轧硅钢制造装备和专利，1979

年正式生产

11

个牌号的冷轧取向及无取向硅钢。4．1

电工钢的分类及性能4．1．1

电工钢的分类电工钢按其成分分为低碳低硅(碳含量很低，硅的质量分数小于

0．5％)电工钢和硅钢两类；按最终加工成形的方法分为热轧硅钢和冷轧硅钢两大类；按其磁各向异性分为取向电工钢和无取向电工钢。热轧硅钢板均系无取向硅钢，硅钢的磁各向异性是在冷轧后通过二次再结晶过程发展而成的，因此只有冷轧电工钢才有取向与无取向之分。由于产品的用途不同对磁各向异性的要求不同。在旋转状态下工作的电机要求电工钢磁各向同性，用无取向电工钢制造；变压器在静止状态下工作，要求沿一个方向磁化(轧制方向)，用冷轧取向硅钢制造，因此取向硅钢又称变压器钢。我国电工用热轧硅钢薄板的国家标准号为

GB5212—85；从

20

世纪

60

年代开始，主要工业发达国家陆续停止了热轧硅钢板的生产。我国冷轧晶粒取向、无取向磁性钢带(片)的国家标准号为

GB2521—1996。标准中的牌号表示方法为：以字母

W

表示无取向钢带(片)；以字母

Q

表示取向钢带(片)；以字母

G

表示取向钢中的高磁感材料。在一些资料、书籍中，称普通取向硅钢为

GO

钢，高磁感取向硅钢为

Hi-B

钢，电工钢分类见表

3—1。4．1．2

电工钢的性能要求4．1．2．1

磁性能电工钢是以其铁损和磁感应强度作为产品磁性保证值的。用户对电工钢的磁性能要求如下：(1) 低的铁损。铁损(尸

t)是由磁滞损耗(Ph)、涡流损耗(Pe)和反常损耗(Pa)三部分组成的。铁损低可节省大量电力、延长电机和变压器工作时间并简化冷却装置。因电工钢的铁损造成的电量损失占一个国家年发电量的

2．5％一

4．5％，其中变压器约占

50％，小电机占30％，镇流器占

15％。因此，各国生产电工钢板总是千方百计地降低铁损，并以铁损作为考核产品磁性能的最重要的指标，按铁损值作为划分牌号的依据。(2)

高的磁感应强度。磁感应强度高，铁芯激磁电流(空载电流)降低，导线电阻引起的铜损和铁芯铁损降低，可节省电能。当电机或变压器容量不变时，磁感应强度高可使铁芯体积缩小和质量减轻，节省电工钢板、导线等的用量，并使铁芯铁损和制造成本降低，有利于制造、安装和运输。(3)

对磁各向异性的要求。硅钢是体心立方晶体结构，其晶轴不同，磁化特性也不同。三个主轴方向的磁性，[100]方向为易磁化轴，[110]方向为次易磁化轴，[111]方向为难磁化轴。这种磁化特性称为磁各向异性。电工钢的用途不同，要求磁各向异性不同。电机在旋转状态下工作，要求电工钢磁各向同性，用无取向电工钢制造；变压器在静止状态下工作，要求磁各向异性，用冷轧取向硅钢制造。(4)

磁时效小。铁芯的磁性随使用时间而变化的现象叫磁时效。磁时效主要是由于过饱和碳和氮析出微小碳化物和氮化物而引起的。所以要求电工钢产品中碳含量(质量分数)和氮含量(质量分数)分别小于

0．0035％和

0．005％。4．1．2．2

加工性能由于电工钢还需要进一步加工成形，用户对电工钢的加工性能也有一定的要求：(1)

好的冲片性。电工钢成形的冲剪工作量很大，特别是微、小电机，所以要求电工钢板的冲片性好。冲片性好能够提高冲剪片的尺寸精度，延长冲剪工具的使用寿命。(2)

表面光滑平整，厚度偏差小和均匀。这项要求主要是为了提高产品的叠片系数(铁芯有效利用空间)，保证冲剪片尺寸精度和便于铁芯装配。电工钢板的叠片系数降低

1％，相当于铁损增高

2％和磁感强度降低

1％。4．1．2．3

好的绝缘膜．冷轧电工钢产品表面涂有无机盐或半有机盐绝缘薄膜，以防止铁芯叠片间发生短路而增高涡流损耗。对绝缘膜的要求是：(1)耐热性好；(2)膜薄且均匀；(3)层间电阻高；(4)附着性好；(5)冲片性好；(6)耐腐蚀性和防锈性好。高磁感取向硅钢表面涂以应力涂层，使钢板中产生拉应力，通过细化磁畴使铁损和磁致伸缩明显降低。不同用途的电工钢，对磁性、冲片性和绝缘性有不同的要求。不同的最终加工成形方法，对磁性和加工性有不同影响。冷轧电工钢比热轧电工钢具有如下优点：(1)磁性高，可节省大量电能；(2)表面光滑，叠片系数高；(3)冲片性好；(4)表面涂绝缘膜，便于使用；(5)成卷供应，适用于高速冲床，利用率高。4．1．3

影响电工钢性能的因素磁感应强度和铁损是电工钢磁性的根本特性。4．1．3．1

影响磁感应强度的因素影响磁感应强度的因素有：(1)

无取向电工钢的磁感应强度主要与硅含量和晶体织构有关。硅含量提高，磁感应强度月

50

值降低。无取向电工钢基本为混乱织构，但调整成分和改善制造工艺，可使织构中(100)和(110)位向组分加强，(111)组分减弱，Bso

值提高钢中杂质和夹杂物含量增高，以及成品晶粒尺寸增大，也使

B．so

值降低。(2)

冷轧取向硅钢的硅含量(质量分数)基本不变(在

2．9％一

3．5％Sl

的范围内变化)，所以磁感应强度只随(110)[001]晶粒取向度提高或(110)[001]位向偏离角减小而增高。4．1．3．2

影响铁损的因素影响铁损

Pt

的因素多且复杂，因为影响组成

Pt

的磁滞损耗

Ph

涡流损耗

Pe

和反常损耗

Pa

的因素各不相同，而且其中一些因素对这三种铁损组分具有完全相反的影响，只能最终看表现在

Pt

值上的综合效果。无取向电工钢铁损

Pt

中，Ph

占

60％一

80％，主要是降低

Ph。取向硅钢铁损

Pt

中，Ph

仅占大约

30％，Pe

十

Pa

约占

70％，而

Pa

又比

Pe

大

1～2

倍，因此降低铁损主要应降低

Pa

和

Pe，特别是

Pa。A

影响磁致损耗

Ph

的因素影响几的因素就是影响磁畴壁移动的因素，它们是：(1)

晶体织构。取向硅钢(110)[001)取向度提高或无取向电工钢中(100)位向组分增高，则Ph

降低。(2)

杂质、夹杂物和内应力。它们使晶格发生畸变，位错密度增高，阻碍磁畴壁移动，所以

Ph

增高。(3)

晶粒尺寸。晶界的晶格是畸变的，晶体缺陷多，使磁畴壁移动阻力增大，所以晶粒小晶界面大，Ph

增高。(4)

板厚。成品厚度减薄，表面自由磁极能量(静磁能)增大，磁畴壁移动阻力增加，Ph

增高。(5)

表面状态。钢板表面平滑，表面自由磁极减少，磁畴壁移动阻力减小，Ph

降低。B

影响涡流损耗

Pe

和反常损耗

Pa

的因素Pe

与电工钢的电阻率

(取决于硅含量)成反比关系；与板厚

t

的平方成正比关系。Pa

与电工钢的磁畴结构有关。日本近十年降低取向硅钢铁损的三个主要措施(提高硅含量、减薄成品厚度和细化磁畴)就是以此理论为依据的。影响磁畴尺寸的主要因素是：(1)

晶粒尺寸。晶粒粗大，磁畴尺寸增大，畴壁移动速度加快，而

Pa

与畴壁移动速度平方成正比关系，所以

Pa

增大。(2)

(110)[001]位向偏离角。取向硅钢[001]位向对轧制面的倾角

时，1800

主磁畴尺寸减小，Pa

降低。(3)

拉应力效应。沿轧制方向加拉应力，1800

磁畴细化和

900

亚磁畴减少，Pa

减低。应力涂层就是据此效应开发的。(4)

刻痕效应。取向硅钢表面沿横向刻度可使磁畴细化，降低

Pa。但刻度使钢板表面不平和叠片系数降低，故无实用价值。4．1．3．3

硅的作用硅是影响电工钢磁性、力学性能最基本的因素。在电工钢中加硅主要是提高电阻率，降低涡流损耗，同时使矫顽力和磁滞损耗也降低，从而使铁损下降，但磁感应强度和饱和磁感应强度也降低，随着硅含量增高，钢的屈服强度和抗拉强度明显提高，但硅含量(质量分数)大于

3．5％时的屈服强度和硅含量(质量分数)大于

4．0％时的抗拉强度又迅速降低，随着硅含量增高，伸长率显著降低，硬度迅速增高。因此，热轧硅钢的硅含量(质量分数)上限约为

4．5％，冷轧硅钢约为

4．5％，随着硅含量增高，钢的热导率下降，铸造晶粒粗大。4．2

硅钢生产工艺4．2．1

生产硅钢的理论依据在冶金生产过程中，影响磁性能的冶金因素是制定各类磁性锅合理生产工艺的主要依据。3．2．1．1

取向硅钢生产的理论依据硅钢和铁一样都是体心立方晶体结构，其晶轴不同，磁化特性不同。图

3•1

为体心立方晶格结构示意图，[100]方向为易磁化轴晶格结构示意图，（100）方向为易磁化轴，(110)方向为次易磁化轴，（111）方向为难化轴。这种磁化特性称为磁各向异性。取向硅钢就是利用这种磁各向异性原理制造出来的。图3—2

为取向硅钢的晶粒位向示意图。[100]轴平行轧向(即钢板的长度方向)，(110)面平行轧面(即钢板表面)，这种位向称为高斯织构，表示为(110)（001)。高斯织构是通过二次再结晶过程发展面成的。为了获得优良的高斯织构必须具备三个条件。(1)

热轧板中必须存在(110)（001）晶粒(2)

基体中必须含有细小并且均匀弥散分布的第二相质点，也称抑制剂(如

MnS、AIN等)。二次再结晶的驱动力是晶界能，抑制剂的作用是阻碍初次再结晶晶粒长大，促进二次再结晶发展，使（110）（001）位向的初次晶敞通过二次再结晶吞食其他位向的初次晶粒而迅速长大。抑制初次再结晶晶粒长大的能力，与抑制剂质点尺寸成反比关系，与抑制剂质点数量成正比关系。(3)

要求初次晶粒均匀细小因此，在钢水成分、热轧工艺、冷轧及热处理工艺等方面均需保证上述条件的实现。取向硅钢根据机理及生产工艺不取向硅钢有普通取向硅钢(GO

钢)和高磁感取向硅钢（Hi-B

钢）之分。普通取向硅钢以

MnS

作为抑制剂，采用二次冷轧工艺生产，进行一次中间退火，产品易磁化轴[001]偏离轧制方向的平均角

在

70

左右；晶粒尺寸平均为

3—5mm。高磁感取向硅钢以

MnS+AlN

作为抑制剂。采用一次冷轧工艺生产，产品易磁化轴[001]偏离轧制方向的平均角在

30

以内，因此磁感应强度更高(Hi-B

名由此而来)，而铁损更低，晶粒尺寸平均为

10mm

一

20mm。4．2．1．2

无取向硅钢的生产特点无取向硅钢有普通无取向硅钢和高级无取向硅钢之分。普通无取向硅钢，w(Si)<1．5％，生产牌号相当于

50W540、50W600；高级无取向硅钢w(Si)>2.0％除控制硅含量外，为达到产品性能的要求，锰和铝的含量也是无取向硅钢炼钢时要严格控制的，而碳、硫、氮等有害元素含量要尽量低。不同牌号产品对硅、锰、铝含量及杂质含量要求各不相同。除硅之外的其他辜要元素对性能的影响如下：(1)

铝。铝是良脱氧剂，铝和硅有同样的作用，即缩小丁相区，使晶粒细化，提高电阻率，减小矫顽力，降低铁损，也使饱和磁感降低。另外，铝固定钢中的氮，减小磁时效。铝可形成

A1N、Al2O3

等有害夹杂物。铝含量(质量分数)在

0.005％～0．14％范围内容易形成细小的

AIN

质点，在以后的退火时阻碍晶粒长大，使铁攒明显增高；当大于

0．14％时，随着铝含量的增加，铁损减少。铝对钢的强度和硬度的影响不如硅那么明显，而对磁性有重要影响，因而高牌号硅钢中铝含量有逐渐增加的趋势，最高牌号铝含量(质量分数)高达

1％以上，使铁损明显降低，而磁感也有一定程度的下降。硅铝含量(质量分数>之和的上限可达

4．2％。(2)

锰。锰可防止热脆，锰与硫形成

M,nS

防止沿晶界形成低熔点

FeS。锰是扩大

相区的元素，热轧时可提高塑性和改善热轧板组织及织构，使(100)和(110)位向组分加强。锰含量增加，MnS

固熔温度提高，促使

MaS

粗化，有利于以后晶粒长大，并且可提高锋坯加热温度便于热轧。但锰降低相变温度，、使退火温糜下降，晶粒尺小变小而影响磁性。锰可以提高钢的强度和硬度，在低牌号中锰含量控制在较高范围；在高牌号(硅和铝较高)中锰含量控制在较低范围。在硫含量较低的情况下，固溶的锰量增加可降低铁损。锰含量(质量分数)一般控制在

0．1％～0．5％范围内。(3)

碳。碳是极有害的元素，因为它与铁形成间隙固溶体，使晶格畸变严重，引起很大的内应力，使磁性明显下降。碳是产生磁时效的主要的元素，一般成品中的碳含量(质量分数)在

30×10-4％以下就不会产生磁时效现象。炼钢时要尽量降低碳含量，现在国内可将碳含量(质量分数)在炼钢时降到

80×10-4％以下，从而减轻了后部工序的脱碳任务。(4)

磷。磷与硅的作用相似，即缩小

相区，使晶粒长大，提高电阻率和硬度，降低铁损，减轻磁时效(阻碍碳化物析出)。但磷是晶界偏析元素，含量高会使冷加工性能变坏。在硅含量较低的情况下，磷含量(质量分数)应不超过

0．15％；在硅含量较高时，应使磷含量(质量分数)尽量降低，控制在

0．03％以下。(5)

硫。硫是仅次于碳的有害元素。硫使铁损和矫顽力增大，最大磁导率和磁感降低，原因是硫与锰形成细小的

MnS

质点，阻碍晶粒长大。因此，硫含量越低越好。无论钢中硅含量的高低，随着硫含量的增加，铁损都明显增加。因此，生产无取向硅钢，脱硫成为生产中不可缺少的关键措施。(6) 氮、氧及其他元素。氮可形成细小的

A1N

和产生磁时效，而氧形成氧化物夹杂，它们都是有害元素，炼钢时应尽量降低其含量。钛和锆在钢中形成稳定细小的

TiN

和

ZrN

及

TiC，从而阻碍晶粒长大。因此生产高牌号电工钢时，应将钛、锆总量(质量分数)限制在

0．008％以下。普通无取向硅钢采用一次冷轧法生产；高级无取向硅钢采用二次冷轧法工艺。4．2．2

硅钢生产工艺路线原料的化学成分及纯净度、铸造组织、热轧工艺、冷轧及热处理工艺都是影响硅钢最终产品质量的重要因素。硅钢生产工艺实际上是从原、辅材料开始，对冶炼、浇铸、热轧、冷轧、热处理到精整进行产品质量一贯管理，实行全过程的检测、控制的一个系统工程。有人认为在硅钢生产各环节中，冶炼的作用占

40％，热轧占

40％，而冷轧及热处理仅占20％的作用，可见冷轧前原料准备的重要性。原料的品质和生产工艺技术是硅钢生产的关键。图

3-3

为冷轧硅钢板带生产工艺流程图。4．3

冷轧硅钢带的原料准备冷轧硅钢带的原料为热轧硅钢带卷；但是自予硅钢生产是一个从原、辅助材料开始到成品的系统工程，因此必须对冶炼、浇铸、热轧各工序进行质量一贯管理。4．3．1

冶炼硅钢的化学成分、杂质量的控制是硅钢冶炼的关键。4．3．1．1

取向硅钢的冶炼取向硅钢以

MnS(及

A1N)作为抑制剂。除硅外，锰和硫是另外两个必须严格控制的元素，这两个元素在加工过程中有一个阶段是需要的，但过了这个阶段就不需要了；碳在锰和硫之间起平衡作用，应根据产品的不同牌号对钢的成分进行严格控制。GO

钢及

Hi-B

钢的主要化学成分及其作用如表

3—2

所示。取向硅钢冶炼要求使用低锰铁水，w(Mn)≤0．35％，最好在

0．15％以下，当铁水锰含量高时，必须将锰的质量分数脱到

0．35％以下；脱锰后的铁水温度必须高于

1350℃，以确保倒人转炉的铁水温度高于

1300℃，采用顶吹或顶底复合吹炼转炉冶炼，主要任务是脱碳、脱锰、脱磷和调温。冶炼中要求添加低锰废钢料；使用碳、锰、铝含量低的高级硅铁合金料；辅助材料含量稳定，杂质少。出钢时向钢包内添加钢芯铝等脱氧；边出钢边均匀地加大硅铁合金，在出钢量达到

70％以前加完。出钢过程中钢包底部吹氩。在钢包内用与钢水成分相同或相近的厚板坯对钢液进行搅拌，使钢水温度均匀；夹杂物快速上浮以净化钢质。出钢后，钢水在钢包中进行真空循环脱气处理。其目的是微调成分，提高成分命中率，4．3．2

热轧4．3．2．1

取向硅钢热轧取向硅钢采用高温加热、高温轧制、高终轧温度和低温卷取的三高一低工艺制度。A

高温加热工艺取向硅钢连铸坯的加热及其热轧，不仅是为了获得所需要的钢带厚度和板形，更重要的作用是保证连铸坯中粗大的

MnS、AlN

抑制剂在加热过程中完全固溶，在热轧过程中再使MnS

以细小弥散状态析出，并控制

AlN

尽量少析出。MnS

和

A1N

的固溶程度，对

GO

钢和Hi-B

钢的磁性起决定性作用。实验证明，铸坯加热温度越高，磁性就越好。加热温度决定于锰、硫、铝；氮量。锰和硫含量增高，固溶温度就增高；另外，提高硅含量使

MnS

固溶困难，降低碳含量使固溶温度降低。为使抑制剂充分固溶，实际上铸坯的加热温度要大于它的固溶温度。GO

钢铸坯的加热温度设定在

1350～1370℃；Hi-B

钢的锰、硫含量比

GO

钢的高，因此

Hi-B

钢帱坯加热温度设定在

1380--1400℃。此外，要控制升温速度、各段温度和在炉时间。加热温度高对加热炉影响很大。由于钢温高，钢很软，用连续加热炉加热会发生粘钢现象，宜采用步进式加热炉。加热时间为

3h

左右。铸坯在炉内停留时间短，MnS、AIN

不能完全固溶；在高温区停留时间长会发生过烧现象或晶界产生氧化。由于加热温度高，铸坯表面熔化，因此产生炉渣很多，差不多生产两三天就要停炉进行扒渣。要提高热轧生产率，必须解决炉底清渣问题。B

高温轧制工艺在热轧过程中不仅要将铸坯轧到所需要的厚度，而且还要求在热轧过程中能均匀细小地析出

MnS，并尽量少析出

A1N。对于

GO

钢，粗轧时采取大压下量高速轧制，要求进连轧机的钢坯温度在

1150℃以上；在连轧过程中喷水冷却，控制终轧温度在

940℃±10℃；热轧后钢带在辊道上进行层流冷却。对于

Hi-B

钢，锰、硫含量比

GO

钢的高，故

MnS

的析出温度也高，大约在

1200℃，在此温度下析出

MnS，而此时的

AIN

析出量很少。因此，Hi-B

钢的加热温度更高，在粗轧时铸坯温度要高，轧制时间要短，采用大压下量高速轧制。确保钢坯进连轧机前的温度比

GO钢的高，大于

1190℃；根据

AIN

的析出行为，钢带通过连轧机的时间越短越好，并加大冷却水量，提高钢带冷却速度，控制终轧温度在

950℃以上；热轧后钢带在辊道上进行层流冷却，保证进行低温卷取。这样就能达到限制

A1N

高温析出的目的，确保在以后的常规冷却时，有足够的有效

A1N

析出量。C

低温卷取工艺为了限制

A1N

的析出，热轧后钢带经层流冷却进行快速冷却，使钢带在卷取时能达到所要求的较低的温度。GO

钢卷取温度控制在

550℃±10℃；Hi-B

钢应小于

550℃。4．3．3．2

无取向硅钢热轧影响无取向硅钢磁感应强度的主要因素是硅含量和晶体织构。硅钢的热导率低、柱状晶大，硅的质量分数大于

2％的铸坯加热速度要缓慢，特别是在700—800℃以下更应降低加热速度。无取向硅钢采用低温加热、低温轧制、终轧温度低、卷取温度高的三低一高的工艺制度。由于无取向硅钢铸坯中存在较粗大的

MnS、A1N

等，如果加热温度过高，它们会固溶在钢中，在以后的热轧过程中，由于固溶度随温度下降而降低，从而以细小弥散状析出，阻碍以后退火时晶粒长大，使磁性变坏。因此，加热温度最好在

1100℃；以下，但是为了改善热轧加工性，加热温度一般选在

1150~1280℃。在热轧设备能力允许的条件下，加热温度应尽量低，但要使铸坯内外温度均匀，一般

200mm

厚的铸坯需保温

3～4h终轧温度一般控制在

800～880℃。卷取温度为

550～650℃；。卷取温度高于

700℃，可起到热轧卷常化的作用，改善成品组织、织构和磁性，从而可省掉常化工序。但卷取温度过高，热轧带氧化铁皮厚，酸洗困难；由于热轧钢卷内外圈温度降低快，成品磁性不均匀，头尾磁性低。如果钢卷是在高温下卷取后放在保温罩中冷却到

600℃以下，再进行水冷可克服这些缺点。4．4

冷轧硅钢带生产冷轧硅钢的生产是一个从原、辅材料开始，绎冶炼、浇铸、冷轧、退火及涂层各道工序的复杂的系统工程。从冶炼用铁水开始到生产出取向、无取向冷轧硅钢板带工艺路线如图3-4

所示。本节将以某厂生产冷轧硅钢板带为例叙述硅钢生产的冷轧工艺及设备。4．4．1

热轧钢带的常化及酸洗硅钢冷轧前必须经过酸洗工序，以去除热轧钢带表面上的氧化铁皮。酸洗前，Hi-B

钢热轧卷还必须进行常化处理。4．4．1．1

热轧钢带的常化处理A

Hi-B

钢热轧卷常化Hi-B

钢热轧卷必须进行常化处理，这是由

AIN

析出行为所决定的。在热轧过程中，AIN

析出温度范围正处在精轧机轧制温度范围，钢带快速通过精轧机时，厚度也急剧减薄，温度迅速下降，AIN

析出量减少，此时析出的

AIN

尺寸较大，抑制能力小；而在卷取后低温析出的

AIN

质点小而不稳定。由于钢中含有一定量的碳，在高温常化时产生一定数量的

相。氮在

相内的溶解度远大于氮在

相内的溶解度。所以在高温常化处理过程中能够大量地固溶那些在热轧时低温析出的细小而不稳定的

AIN。常化后控制冷却通过 相变，析出有效尺寸(10—50nm)的AIN。常化温度、均热时间、开始冷却温度和冷却速度的选择是常化处理的关键，必须严格遵守。常化温度范围以

1050

一

1150℃为宜，最佳常化温度在

1100℃左右。常化温度对磁性的影响：如图

3-6

所示。从钢带人炉到开始冷却的时间一般控制在

3．5--4．5min，其中均热时间为

2min

左右。常化时间短，AIN

析出量不足；常化时间长，晶粒过大，都会使二次再结晶发展不完善。常化后喷水急冷对提高磁性十分重要，因为在急冷过程中：AIN

大量析出，称为“急冷效应”。急冷的冷却速度通过喷水量和喷水时间进行控制。冷却速度应随钢中铝含量不同而变化，铝含量高的相对慢冷，铝含量低的相对快冷。最好采用二段式常化处理制度，即在

1100—1120℃常化并冷却到

920—940℃，保温

2—3min

后再喷水冷却，A1N

析出量增多并更细小弥散，磁性明显提高，铁损

P15

降低。B

无取向硅钢热轧卷常化由于热轧卷的头尾温差比较大，同时钢带厚度方向的表面层和中心层晶粒组织不均匀，持别是硅、铝含量高的高牌号硅钢，热轧后钢带中析出一部分对磁性有害的弥散的

A1N、MnS。热轧卷常化是提高无取向硅钢磁性及其均匀性的一个重要手段。通过常化处理可使整个钢卷再结晶更加完善、晶粒尺寸均匀和粗化；AIN、MnS

进一步聚集粗化，减小以后退火对晶粒长大的抑制作用；使织构中对磁性有利的(100)(110)位向组分增加，(111)组分减弱。因此，常化处理使无取向硅钢成品的磁感应强度提高，铁损降低。常化温度越高、时间越长，成品的磁性越好，但温度过高和时间过长，会使晶粒长得过大，在以后的冷轧时容易发生脆断或边裂等问题。因此，对不同牌号应通过实验确定其最佳的工艺参数。一般连续常化炉的常化温度为

800～1050℃。Si+A1

的总含量高，常化温度要低些。保温时间以

1～3min

为宜。4．4，1．2

热轧钢带的酸洗硅钢硅含量高，其氧化铁皮中含有一定量的

SiO2，这种氧化铁皮仅用酸洗不容易去掉，所以在酸洗前进行机械除鳞是必要的。A

喷丸预处理机械除鳞一般采用喷丸处理，作为酸洗工艺的预处理。一般喷丸机设

4

个喷头，上下各两个，对钢带上下两面同时进行喷丸处理。每个喷头的喷丸能力为

500—1,000kg／min，钢丸粒度约为

1．0mm。设计采用铸钢丸，现用

1mm

钢丝切割，长

lmm。喷丸后停留在钢带面上的钢丸，通过安装在喷丸机出口侧的去丸装置全部去掉。为防止浪费钢丸，当钢带停止运行时，钢丸喂给装置及喷头可以停止喷丸。喷丸机底部设有螺旋运输机、斗式提升机，用于将钢丸提升到顶部的钢丸分离器中。分离器将铁皮、渣子及损坏的钢丸分离出来，将可用的钢丸重新送人钢丸推进器重复使用。喷丸机产生的铁皮、渣子用吸尘器吸出进行清除，不允许喷丸时产生粉尘外逸，以保证环境卫生。B

酸洗硅钢采用盐酸进行酸洗效果较好。酸液中

HCl

的质量分数为

2％～4％，酸洗温度

70—80℃。酸洗槽采用焊接钢板结构，内衬特殊橡胶，其上砌耐酸砖；两个下沉辊设在槽的进出口两端，能使钢带有效地浸渍在酸洗液中；酸洗液通过直接喷吹蒸汽进行加热，并启动地维持酸洗液的温度。酸洗槽中装有一个提升器，当作业线停止工作时，将钢带提起以防止过酸洗。酸洗槽尺寸为

16678mm(长)×1788mm(宽)×867mm(高)；平均液位

751mm。C

供酸系统供酸系统包括

HCI

储存槽、高位槽、HCI

及水的测量槽、供酸泵及管道等。系统向酸洗槽供给盐酸和水。图

8-7

为供酸系统示意图。D

排烟装置排烟装置采用水冲洗由酸洗槽和酸液喷洗槽排出的烟气，以便将盐酸雾气从烟气中去掉，去除掉酸雾的烟气经烟囱排出室外。图

8•8

为排烟装置示意图。E

废酸液储存槽废酸液储存槽用于储存由酸洗槽内作为废酸液流回来的

HCl

溶液，以及由于酸洗槽维修而从该槽中暂时回流的

HCl

溶液。暂存的

HCl

溶液可用供给泵送回酸洗槽继续使用。4．4．2

轧制工艺硅钢随着硅含量的增加，钢的屈服强度和抗拉强度明显提高(硅的质量分数小于

3．5％时)，伸长率显著降低，硬度迅速增高。硅钢的轧制比其他软钢困难，而且硅钢特别要求要有精确的成品厚度以及精确的压下率，同时要有好的板形。因此，一般冷轧硅钢采用二十辊轧机进行可逆式冷轧。低牌号硅钢也可以在四辊或多辊轧机上冷轧。为提高生产率，目前日本在生产硅的质量分数为

1．5％一

2．5％的中等牌号硅钢时已大量采用连轧机生产。4．4．2．1

冷轧工艺硅钢冷轧不仅使钢带减薄而获得所需要的厚度’，同时还为获得理想的初次再结晶组织及织构创造有利条件，因此冷轧分为一次冷轧法和二次冷轧法两种冷轧方法：，根据不同牌号钢种而分别采用。A

取向硅钢冷轧Hi-B

钢采用一次冷轧法，GO

钢采用二次冷轧法。a

Hi-B

钢一次冷轧Hi-B

钢一次冷轧总压下率为

81％～90％，这是获得高磁感应强度的必要条件之一。一次大压下冷轧在冷轧板生产中产生更多的具有{111}<112>位向的变形带，在这些变形带之间的过渡处保留了原来的{110}<001>位向的亚晶粒。在随后的脱碳退火时过渡带的{110}<001>亚晶粒，通过聚集而形成位向准确的(110)[001]初次晶粒(二次晶核)，并与其周围的{111}<112>形变带构成大角晶界。退火后获得细小均匀的初次再结晶基体，在初次再结晶织构中，(111)[112)组分加强，(110)[001)组分减弱，(110)[001)二次晶粒位向更准确，但数量少，因此形成时二次晶粒尺寸更大。Hi-B

钢冷轧压下率对磁性的影响如图

3—10

所示。图

8-10

是热轧板厚度为

2．4mm

的H1—B

钢，预轧到不同厚度，经

1120℃和

4min

常化处理后一次冷轧到

0．285mm，经835℃湿气氛脱碳，涂

Mgo

隔离层，并于

1150℃高温退火后的磁感

B10

值与冷轧压下率的关系图，证明冷轧压下率对磁性的影响很大。实验证明，总压下率对磁性有影响，而道次压下率对磁性影响不大。关于

Hi-B

钢的时效轧制介绍如下所谓时效轧制就是使用粗面工作辊，大压下；闭油-快速轧制。由轧制时产生的变形热使钢板温度升高(有效温度为

100—300℃•)，能够提高磁性。其机理是通过变形时效作用使钢带中的固溶碳和氮含量增多，提高了钉扎位错的能力；阻碍了位错运动，从而改变了滑移系统，使冷轧织构发生变化，促使形戒更多的变形带和过渡带，使脱碳退火后初次再结晶基体中位向准确的二次晶核增多，成品二次晶粒尺寸变小，并使铁损减少。时效轧制还具有提高钢带塑性、减少轧制断带、提高成材率等作用。b．GO

钢的二次冷轧法GO

钢采用二次冷轧工艺，在两次冷轧间进行一次中间退火。GO

钢冷轧的重点是控制第二次冷轧的压下率，适当的第二次冷轧压下率，能够保证脱碳退火后在初次再结晶基体中产生一定数量的位向较准确的(110)[001]晶粒，这是提高磁性的关键。初次再结晶织构中(110)[001]组分强，其次是(111)[112]组分。二次晶粒数量多，所以尺寸较小。第二次冷轧压下率控制在

50％～60％时，磁性能最高，见图

3-11。c、冷轧前板温控制硅的质量分数为

3％的硅钢的塑性：脆性转变点在

40～50℃，为防止冷轧时断带，冷轧前钢卷温度保持在

50℃以上是有利的。一般采用控制酸洗后钢卷的卷取温度大于

50℃，酸洗后立即进行冷轧。不能及时轧制肘，钢卷应放在保温台上(通蒸汽)保温。当硅含量偏高或室温很低时，应对钢卷端部进行火焰加热。d

冷轧质量要求除严格控制冷轧压下率外，对冷轧带厚度及板形也有严格要求，厚度公差见表

3—3。要求钢板无瓢曲，允许有热处理能消除的边浪；要求表面无辊印、无划伤，表面光洁。B

无取向硅钢冷轧35W400、50W400

以下牌号的普通无取向硅钢一般采用一次冷轧法生产，高牌号无取向硅钢常采用二次冷轧法生产。a

一次冷轧法普通无取向硅钢一般采用一次冷轧法生产。由带厚为

2．0--2，5mm

的热轧钢带经一个轧程轧到所要求的成品厚度(0.35—0.70mm)，总压下率为

70％+90％。对道次压下率没有要求，应根据轧机的能力、钢带的加工性能、扳形和表面状况等因素确定；为了提高生产率，应充分发挥轧机的能力，在允许的条件下，尽量采用大压下量冷轧，但压下量过大，会产生裂边、板形变坏等不良结果。一般第一、第二道次用大压下率轧制，以后随着钢带加工硬化的不断增加，道次压下率逐渐减小，使各道次的轧制压力大致相同。通常一次冷轧用3—5

道次轧制。为了获得良好的板形，消除热轧带的波动，有时也可以采取增加轧制道次的轧制方法。轧制张力应控制在钢带屈服极限的

35％一

60％。控制好张力是保证轧制过程的稳定，获得良好的板形、厚度公差和降低单位轧制压力的有效措施。在允许的轧制速度范围内，尽可能采用高速轧制以提高生产率。轧制速度提高，轧制压力相应减小。一般第一道采用大压下量、较低的速度轧制，以防止轧辊急剧加热，防止热轧钢带厚度波动大产生不均匀变形而造成成品厚度公差大，也防止断带。第二道开始轧制速度逐渐提高。b

二次冷轧法高牌号无取向硅钢常采用二次冷轧法生产。高牌号无取向硅钢也可以采用一次冷轧法生产，但热轧带要经过常化处理。二次冷轧法有两种：(1)

第一次用较大压下率轧到一定厚度，经过中间退火后，再以

5％～15％的压下率二次冷轧到成品厚度。这种方法称为临界压下法或调质轧制法。临界压下法生产出的产品晶粒大、铁损低，但磁感也低，是这种方法的一个主要缺点。(2)

经两次中等压下率(40％二

70％)轧到成品厚度，两次冷轧之间经中间退火。这种方法称为中等压下率法。中等压下率法生产的产品铁损低，磁感高。高牌号硅钢可采用中等压下率法生产。4．4．3

中间退火工艺GO

钢和高级无取向硅钢采用二次冷轧法进行生产，在两次冷轧之间要进行一次中间退火。4．4．3．1

GO

钢的中间退火一般，两个冷轧轧程之间的中间退火目的是进行再结晶、消除冷轧加工硬化，以便于第二次冷轧。而硅钢的中间退火，除了进行再结晶、消除冷轧加工应力外，还为产品得到所需要的磁性作准备。对于

GO

钢，中间退火还要使固溶的

MnS

析出量增加；使钢部分脱碳，将碳的质量分数控制在一定范围内(0．015％以上)，增加第二次冷轧时的应变能，对第二次冷轧后脱碳退火时的再结晶有利。中间退火工艺要求快速升温到再结晶温度以上，其目的是减少再结晶前的回复和多边化过程所消耗的储能，有利于形成完善的细小均匀的初次再结晶晶粒。在中间退火时热轧过程中尚未充分析出的

MnS

继续析出，使

MnS

数量增多，提高抑制能力。中间退火温度为

850—950℃。温度过低，再结晶不完善；温度过高时，再结晶晶粒过大。这都影响二次再结晶的发展。退火时间，从进炉到出炉约为

2．5—4min。退火气氛为

15%—20%H2+85％一

80％N2(体积分数)，通过加湿器进入炉中；露点为20-30℃。-

4．4．3．2

高级无取向硅钢的中间脱碳退火中间脱碳退火的目的是将碳含量脱至一定范围，并使晶粒适当长大。A 脱碳的机理硅钢在氮氢混合保护气体中进行退火，脱碳主要靠保护气体中的水蒸气，其反应方程式如下：反应所生成的

CO

随流动的保护气氛不断地排出炉外，而碳由钢带内部不断地向表面扩散，因此使上面的反应式不断地向右进行，钢中的碳不断地减少。B

影响脱碳的因素影响脱碳的因素主要有：(1)

温度。退火温度升高，碳的扩散速度增加，脱碳速度相应加快；但是由于受相变及表面氧化的影响，退火温度过高，使钢带表面的氧化速度加快，表面形成含

SlO2

的致密的氧化膜，阻碍脱碳的顺利进行。因此硅钢的脱碳有一个最适宜的温度范围，大约在

820℃左右。

当退火温度低于该适宜温度范围时，碳的扩散速度减慢，影响脱碳效果；高于适宜温度范围时，氧化速度加快，阻碍脱碳顺利进行。(2)

气氛。为了强化脱碳反应，必须保证气氛中水蒸气的分压

P

水与氢气的分压

P

氢气的比值合适。因为脱碳气氛是氧化性的，为防止表面氧化，气氛中应有一定量的

H2。但

H2

含量不能过多，因为要保持

P

水／P

氢气不变，H2

过多，水蒸气量也要相应增加，气氛的露点过高，钢带表面更易氧化。所以，纯氢气作为脱碳气氛是