為了更好的磁性能———冷軋無(wú)取向電工鋼的成分、組織與性能研究

1、張浩潘世群張光永呂化鵬電工鋼亦稱硅鋼片，其開(kāi)展有一百多年的歷史，冷軋電工鋼包含取向電工鋼和無(wú)取向電工鋼，無(wú)取向電工鋼主要用作大中型電機(jī)、發(fā)電機(jī)以及家用電機(jī)和微電機(jī)、鎮(zhèn)流器和小型變壓器等的鐵芯。無(wú)取向電工鋼的主要磁性能要求是低比總損耗和高磁極化強(qiáng)度。低比總損耗可以節(jié)約大量電能，延長(zhǎng)電機(jī)工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。高磁極化強(qiáng)度意味著磁化能力強(qiáng)，鐵芯的激磁電流降低，比總損耗和銅損都降低。比總損耗和磁極化強(qiáng)度不僅與化學(xué)成分有關(guān)，而且與其內(nèi)部組織有關(guān)。為了深入了解無(wú)取向電工鋼的特性，以便于更好地指導(dǎo)生產(chǎn)和提高產(chǎn)品質(zhì)量，筆者根據(jù)江蘇西城三聯(lián)控股集團(tuán)冷軋薄板廠近年來(lái)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，全面研究了冷軋無(wú)取向電工鋼牌號(hào)W600、W8

2、00、W1300的成分、組織與性能之間的關(guān)系，以期為后續(xù)冷軋無(wú)取向電工鋼的生產(chǎn)提供參考。冷軋無(wú)取向電工鋼的成分該廠生產(chǎn)的冷軋無(wú)取向電工鋼板牌號(hào)涉及W600、W800、W1300，鋼板厚度均為0.5mm。三者化學(xué)成分的統(tǒng)計(jì)平均值見(jiàn)表1。從表1不難看出，3個(gè)牌號(hào)電工鋼均為超低碳無(wú)取向電工鋼，三者成分的主要差異在于硅和鋁含量有所不同。在無(wú)取向電工鋼中，硅具有提高電阻率，降低比總損耗的作用，但硅是非磁性元素，硅降低飽和磁化強(qiáng)度，相應(yīng)降低磁極化強(qiáng)度，對(duì)磁性不利。同時(shí)，過(guò)高的硅含量會(huì)使鋼變脆，導(dǎo)致冷加工困難，因此，一般冷軋電工鋼硅含量上限控制在3.0%左右。鋁的作用與硅相似，鋁能縮小相區(qū)，粗化晶粒，提高電

3、阻率，減小磁各向異性，降低比總損耗，同時(shí)也降低磁極化強(qiáng)度，而對(duì)鋼的強(qiáng)度和硬度的影響又不像硅那樣明顯。硅和鋁均通過(guò)控制晶粒尺寸或織構(gòu)來(lái)控制無(wú)取向電工鋼的力學(xué)性能和磁性能。冷軋無(wú)取向電工鋼的性能冷軋無(wú)取向電工鋼的力學(xué)性能與磁性能。3個(gè)牌號(hào)的無(wú)取向電工鋼的組織晶粒度、力學(xué)性能、磁性能均值見(jiàn)表2。根據(jù)表2的數(shù)據(jù)，筆者繪制不同牌號(hào)無(wú)取向電工鋼的組織晶粒度、力學(xué)性能和磁性能曲線圖后發(fā)現(xiàn)，牌號(hào)W600、W800、W1300無(wú)取向電工鋼的晶粒度依次增大，即晶粒尺寸依次減小，也即隨著(Si+Al)含量的增加，冷軋無(wú)取向電工鋼的晶粒尺寸增加，這里也表達(dá)了硅、鋁對(duì)電工鋼晶粒組織的粗化作用。牌號(hào)W600、W800、W

4、1300無(wú)取向電工鋼的抗拉強(qiáng)度依次降低，由417MPa降低至366MPa。雖然W1300電工鋼的晶粒尺寸最細(xì)，根據(jù)細(xì)晶強(qiáng)化理論可知，晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度應(yīng)該越高，但由于W600的硅含量最高，其固溶強(qiáng)化作用是最強(qiáng)的，其次是W800，硅含量最小為W1300，其固溶強(qiáng)化作用是最弱的。因此，在這里，細(xì)晶強(qiáng)化的作用不及硅的固溶強(qiáng)化作用強(qiáng)。牌號(hào)W600、W800、W1300無(wú)取向電工鋼的比總損耗依次增加，其主要有三方面的原因：一是化學(xué)成分的影響，二是晶粒尺寸的影響，三是來(lái)自織構(gòu)的影響。硅、鋁含量越高，其比總損耗越低。晶界出的點(diǎn)陣是畸變的，晶體缺陷空位和位錯(cuò)多，內(nèi)應(yīng)力大，平均晶粒直徑大，晶界所占面積減小，因而比

5、總損耗降低。另外，鋁可使100組分增高和111組分減少，111織構(gòu)組分越少，無(wú)取向電工鋼的比總損耗越低。無(wú)取向電工鋼W600的晶粒尺寸最大，且硅、鋁含量最高，因此其比總損耗最小，W1300的晶粒尺寸最細(xì)小，且硅、鋁含量最低，因此其比總損耗最大，W800晶粒尺寸和硅、鋁含量居中，因此其比總損耗也居中。牌號(hào)W600、W800、W1300無(wú)取向電工鋼的磁極化強(qiáng)度依次增加。影響磁極化強(qiáng)度的主要因素為化學(xué)成分和晶體織構(gòu)，隨著Si+Al含量的增加，鋼的111織構(gòu)增強(qiáng)，無(wú)取向電工鋼的磁極化強(qiáng)度相應(yīng)降低。無(wú)取向電工鋼的硬度變化趨勢(shì)與抗拉強(qiáng)度的變化趨勢(shì)是一致的，硬度反映了鋼的沖片性能。硅含量越高，鋼的硬度越大，

6、沖片性降低，但鋼的硬度過(guò)低，沖片的毛刺增大，沖片尺寸不精確。沖片性能良好的鋼，其適宜的硬度為130HV180HV?；瘜W(xué)成分與晶粒度對(duì)冷軋無(wú)取向電工鋼磁性能的影響。筆者根據(jù)無(wú)取向電工鋼W800的化學(xué)成分與晶粒度及比總損耗情況分別繪制Si+Al、晶粒度與比總損耗的散點(diǎn)圖圖1、圖2后發(fā)現(xiàn)，隨著Si+Al含量的增加，無(wú)取向電工鋼的比總損耗降低。由圖2可以看出，隨著晶粒度級(jí)別的增加，無(wú)取向電工鋼的比總損耗增加，即晶粒尺寸越細(xì)，比總損耗越大，且二者的線性關(guān)系很強(qiáng)。這說(shuō)明比總損耗對(duì)晶粒尺寸很敏感，因此，控制無(wú)取向電工鋼板的晶粒尺寸是控制比總損耗最直接、最有效的方法。冷軋無(wú)取向電工鋼的組織特征圖3給出了無(wú)取向

7、電工鋼W600(圖3a)、W800(圖3b)、W1300(圖3c)的金相顯微組織。由圖3可知，W600、W800、W1300的金相顯微組織根本上為鐵素體，W1300出現(xiàn)少量的三次滲碳體，三者的鐵素體晶粒根本為等軸晶，晶粒分布比擬均勻，但晶粒大小并不均勻。3個(gè)牌號(hào)的無(wú)取向電工鋼組織均存在這種現(xiàn)象，一局部晶粒較大，一局部晶粒比擬細(xì)小，且個(gè)別細(xì)小的晶粒呈現(xiàn)出3邊形或4邊形，并且晶界呈現(xiàn)彎曲狀，這些特征都說(shuō)明晶粒不穩(wěn)定。一般情況下，晶粒的穩(wěn)定形式應(yīng)該是等邊六邊形，這就必須滿足兩個(gè)條件：一是晶界為直線，二是其夾角為120°，二者缺一不可。出現(xiàn)上述3邊形或4邊形且晶界并不平直的這種不穩(wěn)定的晶粒組織，可能是退火過(guò)程不充分造成的，具體原因有待進(jìn)一步深入研究。無(wú)取向電工鋼W600、W800、W1300晶粒尺寸依次減小，其主要原因?yàn)閃600、W800、W1300的Si+Al含量依次減小，而在無(wú)取向電工鋼中硅、鋁具有粗化晶粒的作用。綜上所述，對(duì)于冷軋無(wú)取向電工鋼而言，化學(xué)成分和顯微組織對(duì)其力學(xué)性能和磁性能都具有重要影響。隨著Si+Al含量的增加，冷軋無(wú)取向電工鋼的組織晶粒尺寸隨之增加，而比總損耗隨之降低，磁極化強(qiáng)度也隨之降低。冷軋