無取向硅鋼的生產(chǎn)工藝及性能摘要：無取向硅鋼俗是電力、電子和軍事工業(yè)不可或缺的含碳極低的硅鐵軟磁合金，它屬于鐵磁性物質(zhì)。本文介紹了無取向硅鋼在我國近些年的發(fā)展現(xiàn)狀并對未來的發(fā)展趨勢做了展望。介紹了無取向硅鋼的生產(chǎn)工藝流程以及無取向硅鋼的性能要求，同時分析了影響無取向硅鋼的主要因素。關(guān)鍵詞：無取向硅鋼；生產(chǎn)工藝；性能1無取向硅鋼簡介硅鋼俗稱矽鋼片或硅鋼片，是電力、電子和軍事工業(yè)不可或缺的含碳極低的硅鐵軟磁合金，主要用作各種電機(jī)、發(fā)電機(jī)和變壓器的鐵芯。無取向硅鋼是含碳很低的硅鐵合金。在形變和退火后的鋼板中其晶粒呈無規(guī)則取向分布。2生產(chǎn)工藝?yán)滠垷o取向硅鋼制造工藝流程［1］為：冶煉T真空處理T連鑄T熱軋T常化T冷軋T退火T絕緣涂層2.1冶煉在冶煉過程中，隨著硅含量提高，鋼水溫度升高，出鋼溫度約降低10°C，因為真空處理后加入硅鐵量多，鋼水溫度升高。連鑄法澆筑時間長，出鋼溫度比鑄模法約高20C。2.2真空處理沸騰鋼水經(jīng)真空處理，通過碳和氧的化學(xué)反應(yīng)同時進(jìn)行脫碳和脫氧，使碳降到0.005%以下，氧降到0.005%以下。2.3連鑄硅鋼的連鑄采用連鑄+電磁攪拌技術(shù)，經(jīng)電磁攪拌后等軸晶占55%~70%，這樣能有效的減輕了表面缺陷。2.4熱軋鑄坯裝爐前在大于150C進(jìn)行表面清理，然后放在保溫坑中保溫和緩冷。鑄坯在加熱爐中要緩慢加熱，特別是在700~800C以下更是如此。2.5常化大于2%Si鋼采用一次冷軋工藝時，熱軋板必須常化，主要目的是使熱軋板組織更均勻，使再結(jié)晶晶粒增多，防止瓦狀缺陷。同時使晶粒和析出物粗化，磁性明顯提高。2.6退火退火是把鋼加熱到一定溫度后保溫一段時間再緩慢冷卻的工藝操作。冷軋中間退火的目的主要是使受到高度冷加工硬化的金屬重新軟化。二次冷軋法的中間退火溫度一般為830~870C。隨Si+Al量增高，溫度增高。最終退火制度為850~860C。最好采用干燥氣氛退火，以防形成內(nèi)氧化層和內(nèi)氮化層。2.8絕緣涂層絕緣涂層主要采用半有機(jī)涂層。無機(jī)涂層的層間電阻高，疊片系數(shù)也較高，耐熱性和焊接性好，而沖片性較差。半有機(jī)涂層沖片性好，絕緣性、耐熱性和焊接性則較低。3.性能要求3.1鐵芯損耗低電工鋼鐵損低，既可以節(jié)省大量電能，又可以延長電機(jī)壽命，簡化冷卻裝置。3.1.2磁感應(yīng)強(qiáng)度高磁感磁感應(yīng)強(qiáng)度是鐵芯單位截面積上通過的磁力線數(shù)，它代表材料的磁化能力。當(dāng)電機(jī)和變壓器的功率不變時，磁感應(yīng)強(qiáng)度高，鐵芯的橫截面積可縮小，這使得鐵芯體積減小，重量減輕，并節(jié)省電工鋼板、導(dǎo)線、絕緣材料和結(jié)構(gòu)材料用量，降低電機(jī)和變壓器的總損耗和制造成本。3.1.3對磁各向異性的要求電機(jī)是在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下工作，鐵芯是用帶齒圓形沖片疊成的定子和轉(zhuǎn)子組成，要求電工鋼板為磁各向異性，因此用冷軋無取向硅鋼制造。3.1.4磁滯伸縮小磁化時，材料尺寸沿磁化方向發(fā)生變化，是變壓器產(chǎn)生噪音的一個重要原因，除特殊場合，一般不作要求。3.1.5鋼板表面光滑、平整和厚度均勾要求電工鋼表面光滑、平整和厚度均勾，準(zhǔn)確的尺寸精度，極小的同板厚度差，主要是為了提高鐵芯的疊片系數(shù)。疊片系數(shù)高意味著鐵芯體積不變時電工鋼板用量增多而有更多的磁通密度通過，有效利用空間增大，空氣間隙減少，這使激磁電流減小。3.2影響因素3.2.1化學(xué)成分（1） 硅：Si加入Fe中，提高電阻率、降低鐵損。硅能顯著的減少硅鋼內(nèi)的渦流損失從而總鐵芯損失減少，硅還可以提高相圖中A3線和A4線臨界溫度，在Fe-Si相圖中形成閉合的圈。所以高硅硅鋼片多經(jīng)高溫退火來使鋼組織均勻，晶粒粗化，夾雜聚集。硅可以減少晶體各方向異性，使磁化容易，磁阻減少。硅還能減輕其它雜質(zhì)的危害，使碳石墨化，降低對磁性的有害影響。硅和氧有很強(qiáng)的親和力，有脫氧的作用。硅可以減少碳、氧和氮在鋼中的脫溶引起的磁時效現(xiàn)象。在強(qiáng)磁場下Si降低磁感強(qiáng)度，Si還能使鋼變脆，難以軋制變形，導(dǎo)熱性降低。（2） 碳：成品中殘留C，則出現(xiàn)磁時效，另外C增大矯頑力，加大磁滯損失，降低磁感強(qiáng)度。C對磁性能影響隨鋼中C含量和的C存在形式而變化，如以石墨態(tài)存在時，影響不顯著，C對Fe-C相圖也有顯著影響。（3） 錳：錳與硫形成MnS可防止沿晶界形成低溶點(diǎn)的而引起熱脆現(xiàn)象，因此要保證一定量的錳來改善熱軋塑性，含量應(yīng)大于0.01%。其次，猛可以擴(kuò)大Y相區(qū)，MnS在y相中的固溶度乘積比在a相中的低，可促使MnS粗化，有利于晶粒長大［2］。（4） 磷：磷可以提高電阻率、縮小y相區(qū)，促使晶粒長大，降低鐵損。在低碳電工鋼中，常加入P強(qiáng)化鐵素體，提高硬度，改善沖片性能。（5） 氮、硫：N通過生成有害的AlN沉淀，使磁性變壞；S通過在基體中存在MnS微細(xì)質(zhì)點(diǎn)以及在晶界上存在自由S，使磁性變壞。（6） 鋁：Al作用與Si相似，對磁性有利，但使鋼變脆，Al含量大于0.5%時硅鋼明顯變脆，但與高硅鋼相比仍有較高的塑性。（7） 稀土：鈰阻礙了無取向硅鋼的再結(jié)晶過程。鈰的加入使無取向硅鋼的最終晶粒尺寸增大，稀土加入鋼中改善加工性能，改善瓦特?fù)p失［3］。3.2.2組織對性能的影響（1）晶粒大?。涸龃缶Я咕Я＿吔鐪p少，晶界處的缺陷多，內(nèi)應(yīng)力大，從而使磁滯損失減小，同時由于電阻的減小，使?jié)櫫鲹p失增大。為了降低鐵損有一個合適的臨界晶粒尺寸。另外，在弱磁場下，粗晶粒對磁感和磁導(dǎo)率有利；而在強(qiáng)磁場下，細(xì)晶粒對磁感和磁導(dǎo)率更有利。（2） 晶粒取向：對于無取向硅鋼，要求為磁各向同性，但由于｛100｝面有兩個＜001＞易磁化方向，因此希望形成｛100｝面織構(gòu)，使平行于鋼板表面的任意方向都有較多的＜001＞晶向。（3） 應(yīng)力：應(yīng)力分內(nèi)應(yīng)力和外應(yīng)力兩種，這兩種應(yīng)力都會對硅鋼的磁性產(chǎn)生影響。鋼中間隙原子及夾雜物的存在使晶體產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力、快速冷卻時產(chǎn)生的熱應(yīng)力都會降低鐵芯損失，但對磁感不利。（4） 非金屬夾雜物：硅鋼中的非金屬夾雜物如A12O3、FeO、FeS等都為非鐵磁性，它們的存在能阻止晶粒長大，從而形成內(nèi)應(yīng)力，降低磁導(dǎo)率，所以對磁性不利。對硅鋼中存在的夾雜物希望能集中成大塊球狀，以減小對磁性的影響。3.2.3生產(chǎn)工藝參數(shù)（1） 終軋溫度：在熱軋過程中，終軋溫度越接近Ar1，晶粒越大。另外，終軋溫度較低的鋼的晶粒度最小，這是因為材料在晶界上產(chǎn)生了較大比例的細(xì)小等軸晶粒。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，對熱軋終扎溫度的控制非常困難，往往帶鋼頭部的溫度沒有達(dá)到目標(biāo)值。因此，無取向電工鋼的終軋溫度應(yīng)進(jìn)一步提高，盡可能接近Ar1，這對磁性的改善是非常重要的［4］。（2） 板厚：硅鋼板材的厚度影響鐵損中的渦流損失，板厚增加，會使鐵損提高，但板厚增加，磁感也相應(yīng)升高。鋼片越薄，渦流損失越小，但磁滯損失增大［5］。（4）層流冷卻：無取向電工鋼要求熱扎后冷卻速度慢，以使晶粒有充分長大的時間。因此，工藝上應(yīng)采取后段冷卻方式［11］。結(jié)論（1） 冷軋無取向硅鋼制造工藝流程為：冶煉T真空處理T連鑄T熱軋T常化T冷軋T退火T絕緣涂層。（2） 無取向硅鋼性能要求鐵芯損耗低、磁感應(yīng)強(qiáng)度高、磁滯伸縮小、良好的磁各向異性等。（3） 影響無取向硅鋼的性能因素主要有化學(xué)成分、組織、生產(chǎn)工藝參數(shù)。參考文獻(xiàn)：［1］ 張正貴.無取向硅鋼織構(gòu)與性能的研究［D］.東北大學(xué)，2008.［2］ MagneticPropertiesofSpray-formedFe-6.5%Si.BolfariniC.Materials.2006［3］ 師彩娟，任慧平，金自力等.鈰對無取