钢材组织性能的控制.ppt

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1、钢材组织性能的控制钢材组织性能的控制7.1 电磁性能的控制电磁性能的控制硅钢硅钢 FeSi 合金合金 主要用于电机及变压器的铁芯主要用于电机及变压器的铁芯分类：分类：按用途来分：按用途来分：电机硅钢、变压器硅钢电机硅钢、变压器硅钢按化学成分来分：低硅按化学成分来分：低硅（0.8 1.8%Si）、）、中硅（中硅（1.8 2.8%Si）、）、高硅（高硅（2.8%Si）按轧制工艺来分：按轧制工艺来分：热轧硅钢片、冷轧硅钢片热轧硅钢片、冷轧硅钢片热轧硅钢片：热轧硅钢片：电机电机 厚厚 0.5 mm 1.0 2.5%Si 变压器变压器 厚厚 0.35mm 3.0 4.5%Si冷轧硅钢片：冷轧硅钢片：3.

2、5%Si 无取向硅钢片无取向硅钢片 多用于电机多用于电机 取向硅钢片取向硅钢片 2.8 3.5%Si 单取向硅钢片：高斯织构单取向硅钢片：高斯织构 (110)001 变压器变压器 厚厚0.35mm 双取向硅钢片：立方织构双取向硅钢片：立方织构 (001)100 仪表工业仪表工业 厚厚0.025 0.1mm冷轧硅钢片电磁性能优于热轧硅钢片：冷轧硅钢片电磁性能优于热轧硅钢片：B 25%P 3040%体积减少体积减少3040%电能电能 一电磁性能的概念一电磁性能的概念磁感应强度磁感应强度 B（磁通密度）（磁通密度）定义：在垂直磁场的方向上，材料内部单位面定义：在垂直磁场的方向上，材料内部单位面 积通

3、过的磁力线条数积通过的磁力线条数 B0 =0nI=0 H 0 真空导磁率真空导磁率加铁芯后：加铁芯后：B总总 =B0 B芯芯 B芯芯 r0nI H r 相对导磁率相对导磁率 ：反映材料密集磁力线的能力，即磁化能力：反映材料密集磁力线的能力，即磁化能力 的大小。的大小。、B 表示易磁化表示易磁化 铁芯损失铁芯损失P 单位重量硅钢片在交变磁场作用下的单位重量硅钢片在交变磁场作用下的 功率损耗功率损耗 磁滞损耗磁滞损耗 P1 由于磁感应强度的变化始终落后于由于磁感应强度的变化始终落后于 磁场的变化磁场的变化 所引起的功率损耗所引起的功率损耗H=0,B=Br 剩磁现象剩磁现象Br ：剩余磁感应强度：剩

4、余磁感应强度Hc ：克服剩磁所加的：克服剩磁所加的 磁化力，叫磁化力，叫矫顽力矫顽力矫顽力的大小反映了磁矫顽力的大小反映了磁性材料保存剩磁状态的性材料保存剩磁状态的能力能力 P1 fnAn fn 电流频率电流频率 An 回线面积回线面积磁滞回线所包围的面积越大，磁滞损耗也越大磁滞回线所包围的面积越大，磁滞损耗也越大 因为因为 An Hc 所以所以 P1 Hc 矫顽力越大，磁滞损耗越大矫顽力越大，磁滞损耗越大 涡流损耗涡流损耗 P2 由于交变磁场产生的感生电由于交变磁场产生的感生电 流在铁芯内形成涡流而引起流在铁芯内形成涡流而引起 的功率损耗的功率损耗 感生电流所产生的磁场与感生电流所产生的磁场

5、与 原原 磁场方向相反，阻碍材料的磁场方向相反，阻碍材料的 磁化，并使外磁场能量转变磁化，并使外磁场能量转变 成成热量热量。P2 fnBh/h 铁芯厚度铁芯厚度 铁芯电阻率铁芯电阻率、h P2 剩余损耗剩余损耗 P3 除除P1、P2外的其它功率损耗外的其它功率损耗 铁损铁损 P=P1P2 P3对硅钢片的要求：对硅钢片的要求：磁感应强度高磁感应强度高 B 铁芯损失低铁芯损失低 P、h、Hc 磁各向异性磁各向异性 用用FeSi单晶体试验可知：单晶体试验可知：100晶向最易磁化晶向最易磁化 111晶向最难磁化晶向最难磁化 电机用硅钢：要求磁各向异性越小越好，纵横方向的电机用硅钢：要求磁各向异性越小越

6、好，纵横方向的 B25 差别小于差别小于10%变压器用硅钢：要求轧制方向为变压器用硅钢：要求轧制方向为001晶向，晶向，B 采用有取向的硅钢片采用有取向的硅钢片 (100)001 或或 (110)001磁致伸缩小磁致伸缩小表面质量好，厚度均匀表面质量好，厚度均匀 表面平整，填充系数高表面平整，填充系数高 厚度不均，噪音增大，电机振动增大厚度不均，噪音增大，电机振动增大二影响电磁性能的主要因素二影响电磁性能的主要因素晶粒大小晶粒大小 d B、P 磁性好磁性好 如图示：如图示：d ，P1 晶粒取向晶粒取向取向度取向度 晶体中易磁化晶向平行于或接晶体中易磁化晶向平行于或接 近平行于轧向的晶粒所占的百

7、分比近平行于轧向的晶粒所占的百分比设易磁化晶向与轧向的偏离角为设易磁化晶向与轧向的偏离角为 n ，n B、P 一般工业产品一般工业产品 n 10 高牌号的产品高牌号的产品 n 5夹杂物夹杂物 有害夹杂物有害夹杂物 属于稳定的，温度升高不会分解或析出，属于稳定的，温度升高不会分解或析出，如如Al2O3、SiO2、FeO等等，它们的存在会等等，它们的存在会 造成晶格畸变造成晶格畸变,产生内应力产生内应力,使磁化阻力使磁化阻力，矫顽力矫顽力，磁滞损耗，磁滞损耗 P1夹杂物的影响程度与其数量、形状和弥散夹杂物的影响程度与其数量、形状和弥散程度有关程度有关HcVK/d V 夹杂物体积夹杂物体积 K 夹杂

8、物形状夹杂物形状 d 夹杂物直径夹杂物直径 d，Hc 即即夹杂物越细小，影响程度越大夹杂物越细小，影响程度越大 有利夹杂物有利夹杂物 属于不稳定的，如属于不稳定的，如 AlN、MnS有利夹杂必须具备以下条件：有利夹杂必须具备以下条件：(a)以细小弥散的质点均匀分布，强烈以细小弥散的质点均匀分布，强烈 地阻止初次再结晶晶粒的正常长大。地阻止初次再结晶晶粒的正常长大。(b)在二次再结晶温度范围，夹杂物聚集，在二次再结晶温度范围，夹杂物聚集，并随温度升高而溶解，促使二次再结晶并随温度升高而溶解，促使二次再结晶 晶粒择优长大而获得晶粒择优长大而获得(110)001高斯织构。高斯织构。(c)高温成品退火

9、时，由于退火气氛高温成品退火时，由于退火气氛 H2 的作的作 用而将用而将S和和N去除掉，或在高温下使这些去除掉，或在高温下使这些 夹杂物聚集成更大的颗粒而减少其有害夹杂物聚集成更大的颗粒而减少其有害 的影响。的影响。化学成分化学成分 最不利元素最不利元素 C 使使 区扩大区扩大 高温退火时，使织构破坏，取向度高温退火时，使织构破坏，取向度 与铁形成间隙式的固溶体与铁形成间隙式的固溶体 使晶格畸变使晶格畸变，内应力，内应力，磁化阻力，磁化阻力 形成珠光体、渗碳体形成珠光体、渗碳体 降低磁性，使硅钢片变脆降低磁性，使硅钢片变脆 因此，希望因此，希望 C%，一般，一般 C%0.02%最有利元素最有

10、利元素 Si 使使区缩小区缩小 使高温退火形成的织构使高温退火形成的织构 不会在冷却时因相变而遭到破坏。不会在冷却时因相变而遭到破坏。与铁形成置换固溶体与铁形成置换固溶体 晶格畸变小晶格畸变小 促进石墨化促进石墨化 使电阻增加使电阻增加 降低涡流损耗降低涡流损耗 促使铁素体晶粒粗化促使铁素体晶粒粗化 使矫顽力降低，磁滞损耗下降使矫顽力降低，磁滞损耗下降 Mn、S、N 虽属不利元素，但生成虽属不利元素，但生成 MnS、AlN 则变为有利。因此，生产中往往含则变为有利。因此，生产中往往含 有一定量的硫和锰或铝和氮，形成有一定量的硫和锰或铝和氮，形成 有利夹杂，提高冷轧硅钢的取向度。有利夹杂，提高冷

11、轧硅钢的取向度。铁芯厚度铁芯厚度 h 涡流损耗涡流损耗 P2 fnBh/h，P2 另：另：h，单位厚度铁芯内的界面增多，磁化，单位厚度铁芯内的界面增多，磁化 阻力增加，矫顽力增大，磁滞损耗阻力增加，矫顽力增大，磁滞损耗 P1 当温度、晶粒尺寸、取当温度、晶粒尺寸、取向度不变时向度不变时钢片厚度与铁损的关系钢片厚度与铁损的关系如图示如图示三轧制工艺制度的控制三轧制工艺制度的控制 典型生产工艺流程典型生产工艺流程:1 2 冶炼冶炼铸锭铸锭开坯开坯热轧成热轧成 2.2mm厚的板卷厚的板卷 初退火初退火酸洗酸洗 第一次冷轧成第一次冷轧成 0.7mm厚的板卷厚的板卷 中间退火中间退火第二次冷轧成第二次冷

12、轧成 0.35mm厚的板卷厚的板卷 脱脱C退火退火涂涂 MgO粉粉(以防高温退火时粘结以防高温退火时粘结)高温退火高温退火 涂绝缘层涂绝缘层拉伸退火拉伸退火剪切剪切 检验检验入库入库1加热加热 提高加热温度、延长加热时间对磁性有利提高加热温度、延长加热时间对磁性有利 使有利夹杂充分固溶使有利夹杂充分固溶 铁素体晶粒尺寸变大铁素体晶粒尺寸变大 使有害夹杂聚集长大，减小其有害性使有害夹杂聚集长大，减小其有害性 脱脱 C 减小偏析现象减小偏析现象板坯的加热温度控制在板坯的加热温度控制在 1300左右，最高左右，最高可达可达 1350。热轧热轧 终轧温度终轧温度 T终终 850 完全再结晶、不使完全再

13、结晶、不使 AlN 在热轧过程中析出在热轧过程中析出 变形程度变形程度 ，等轴晶深度，等轴晶深度 轧制速度轧制速度 快快 不使不使 AlN在热轧时析出在热轧时析出 冷却速度冷却速度 快快 卷取温度卷取温度 低低 一般一般T卷卷 700 T卷卷 B、P 磁性磁性 B(千高斯千高斯)P(瓦公斤瓦公斤)T卷卷 B25 B50 B100 P10 P15 P17 500550 18.1 19.4 20.6 0.625 1.869 2.47 650700 16.1 17.7 19.7 0.88 1.95 2.64 冷轧冷轧 为了形成为了形成(110)001二次再结晶织构，二次再结晶织构，必须在冷轧带钢中存

14、在必须在冷轧带钢中存在(111)112 取向的取向的晶粒。从晶体学来看，晶粒。从晶体学来看，(111)112晶格畸晶格畸变最大，再结晶能力最强，绕变最大，再结晶能力最强，绕(110)轴转轴转 35就得到就得到(110)001高斯织构。高斯织构。第二次冷轧的总压下率对磁性影响大第二次冷轧的总压下率对磁性影响大 1 第一道次压下率第一道次压下率 1 35%为宜为宜 这时冷轧织构中的这时冷轧织构中的(111)112组分加强，再组分加强，再结晶退火结晶退火(110)001织构，使成品的取向织构，使成品的取向度和磁性提高。度和磁性提高。总压下率总压下率 实验表明，实验表明，50%为为好，成品好，成品(1

15、10)001取向度最高，铁损最低。取向度最高，铁损最低。第二次冷轧总压下率第二次冷轧总压下率 P10/50 B25 B50 (%)(瓦公斤瓦公斤)(高斯高斯)(高斯高斯)30 0.55 18000 19100 52 0.51 19000 19800 70 0.53 18150 18850 总压下率一定，道次压下率增大时，磁性好总压下率一定，道次压下率增大时，磁性好 轧制道次数轧制道次数 B25 (高斯高斯)P10(瓦公斤瓦公斤)26次次 17300 0.90 16次次 18100 0.68退火退火 1 初退火初退火 热轧后退火热轧后退火 目的：使组织均匀化、去除应力、脱目的：使组织均匀化、去除

16、应力、脱C 中间退火（初次再结晶退火）中间退火（初次再结晶退火）去除应力，消除加工硬化，为第二次冷轧作去除应力，消除加工硬化，为第二次冷轧作 准备准备 完成初次再结晶，在完成初次再结晶，在(111)112织构的基础织构的基础 上形成少量上形成少量(35%)(110)001再结晶织构。再结晶织构。脱脱C 脱脱C退火退火 脱脱C 形成形成 SiO2薄膜薄膜 涂隔离层涂隔离层 MgO，以防高温退火时带钢发，以防高温退火时带钢发 生粘结。生粘结。成品高温退火成品高温退火（二次再结晶退火）（二次再结晶退火）形成粗大的形成粗大的(110)001 再结晶织构，使再结晶织构，使 成品获得高的取向度成品获得高的取向度 使夹杂物聚集长大使夹杂物聚集长大 脱脱C，使，使C石墨化石墨化 脱脱 S、N，减少和去除钢中的夹杂物，减少和去除钢中的夹杂物 AlN+H2 Al +NH3 MnS+H2 Mn+H2S 拉伸平整退火拉伸平整退火 平整板面，消除瓢曲和浪形，使填充系数平整板面，消除瓢曲和浪形，使填充系数 改善磁织构，取向度改善磁织构，取向度，降低铁损，降低铁损 减少磁致伸缩，降低噪音减少磁致伸缩，降低噪音 涂绝