合金元素及常化工藝對(duì)冷軋無(wú)取向硅鋼性能的影響

李 準(zhǔn) 鄭澤林

(國(guó)家硅鋼工程技術(shù)研究中心 湖北 武漢：430080)

?

合金元素及?；に噷?duì)冷軋無(wú)取向硅鋼性能的影響

李 準(zhǔn) 鄭澤林

(國(guó)家硅鋼工程技術(shù)研究中心 湖北 武漢：430080)

研究不同合金元素及不同?；に噷?duì)冷軋無(wú)取向硅鋼磁性能的影響。結(jié)果表明，在本實(shí)驗(yàn)條件下，隨著Nb元素含量的增加，會(huì)抑制退火過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大，惡化磁性能；添加一定量的Cr，會(huì)改善成品鐵損，但此時(shí)?；瘻囟炔灰诉^(guò)高。

無(wú)取向硅鋼；磁性能；合金元素；常化工藝

冷軋無(wú)取向硅鋼作為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中工作的電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的鐵芯材料，具有良好的磁性能和機(jī)械性能，是電力工業(yè)中不可缺少的重要材料。隨著節(jié)能環(huán)保的要求不斷提高，要求鐵芯材料同時(shí)具備鐵損低、磁感高的性能。對(duì)于無(wú)取向硅鋼，鐵損和磁感主要受化學(xué)成分、晶粒尺寸、夾雜物、晶?？棙?gòu)等影響[1-2]，且該因素又都與化學(xué)成分設(shè)計(jì)及工序工藝有著密切的關(guān)系，通過(guò)合適的化學(xué)成分設(shè)計(jì)與對(duì)應(yīng)的工序工藝相匹配，可以有效地改善成品性能。本文通過(guò)添加合適的元素及不同工藝試驗(yàn)，探討其對(duì)無(wú)取向硅鋼性能的作用。

1 實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)施

試驗(yàn)鋼化學(xué)成分為0.0020%C，2.2%Si，0.80%Mn，0.010%P，0.0020%S，0.0011%Als和0.002%N，在此基礎(chǔ)上添加不同含量的Cr及Nb，具體化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 不同試樣添加的Cr及Nb含量(wt%)

冶煉鋼錠經(jīng)1120℃溫度加熱，軋至斷面厚度為2.3mm的熱軋板，熱軋板按照920℃和1150℃保溫時(shí)間為1min兩種工藝進(jìn)行?；?。常化后一次冷軋至0.50mm，之后進(jìn)行成品退火，工藝為970℃，保溫時(shí)間為90s、氣氛為50%H2+50%N2、干氣，退火后將成品板剪切成縱向30mm×300mm試樣。磁性測(cè)量采用德國(guó)MPG-100D硅鋼片交/直流測(cè)量?jī)x測(cè)量，主要測(cè)試參數(shù)有鐵損P1.5/50和磁感B5000，交流測(cè)試，頻率為50Hz。并對(duì)試樣采用光學(xué)顯微鏡觀察金相。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 磁性能

圖1為不同Nb含量及不同?；瘻囟葘?duì)磁性的影響。由圖1(a)可以看到，在其它化學(xué)成分相同以及工藝相同的條件下，隨著Nb含量的增加，鐵損P1.5/50明顯上升。當(dāng)不含Nb(含量小于20ppm，應(yīng)為煉鋼時(shí)殘余)時(shí)，P1.5/50最低；Nb含量為48ppm時(shí)，P1.5/50顯著上升，隨著Nb含量繼續(xù)增加，鐵損P1.5/50急劇上升，Nb含量為420ppm時(shí)鐵損P1.5/50較不含Nb上升幅度達(dá)到約1.7W/kg。同時(shí)可以看到，?；瘻囟葘?duì)鐵損的影響也較明顯，1150℃高溫常化時(shí)的成品性能要明顯優(yōu)于920℃?；?，常化溫度為1150℃且不含Nb時(shí)，P1.5/50最低值可以達(dá)到2.42W/kg，較920℃?；善返腜1.5/50值3.12W/kg低約0.7W/kg。

由圖1(b)可以看到磁感B5000變化趨勢(shì)，隨著Nb元素含量增加，B5000呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。不含Nb時(shí)磁感B5000最大值可達(dá)到1.77T和1.72T以上；常化工藝不同時(shí)，磁感B5000差別明顯。1150℃?；に囅?，磁感值要優(yōu)于920℃?；に嚕S著Nb含量升高，B5000急劇下降后，呈現(xiàn)略微升高但其值穩(wěn)定在一定水平，而920℃?；に囅拢珺5000隨著Nb含量升高也是先明顯下降后略微升高，但其值較不含Nb時(shí)約低0.05T。

圖1 Nb元素含量及?；に噷?duì)磁性能的影響

(Cr含量相同，均為0.013%)

圖2為不同Cr含量時(shí)磁性能比較。由圖2(a)可以看出，相同工藝下，提高Cr含量可以降低鐵損P1.5/50，其下降幅度與?；に嚸芮邢嚓P(guān)，920℃?；瘻囟葧r(shí)，Cr含量增加P1.5/50略微下降，但提高?；瘻囟?，P1.5/50下降明顯；而由圖2(b)可以看到Cr含量低時(shí)，高溫?；梢悦黠@改善磁感B5000，達(dá)到最大值1.77T，而相同Cr含量在低溫920℃?；に囅拢珺5000則只有1.72T，差距明顯。隨著Cr含量升高至0.56%，不同常化工藝時(shí)B5000均下降，而且兩都絕對(duì)值相差不大，約為1.75T。

2.2 組織形貌

?；俺善吩嚇拥慕鹣嘟M織檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖3～圖7。

圖3為5#成分不含Cr、含420ppm Nb的?；鹣嘟M織，晶粒細(xì)小彌散，不同?；に囅戮Я３叽缇?；圖4是2#成分0.56%Cr、不含Nb的金相組織，可以看到1150℃?；瘻囟葧r(shí)的晶粒尺寸(圖4c)要明顯大于920℃常化工藝時(shí)的晶粒尺寸(圖4d)，該成分?；Я３叽缦鄬?duì)5#成分常化晶粒尺寸(圖3)則要大得多。

圖3 5#成分試樣?；鹣嘟M織

(對(duì)應(yīng)常化溫度a:1150℃，b：920℃)

圖4 2#成分試樣?；鹣嘟M織

(對(duì)應(yīng)?；ば驕囟萢:1150℃，b：920℃)

由圖5～圖7可以看出，隨著Nb含量的變化，成品晶粒尺寸差別比較明顯，即Nb含量增加，成品晶粒減小，5#成分試樣成品晶粒尺寸小于4#成分成品晶粒尺寸。同時(shí)在該鋼種中添加一定含量的Cr是有利于成品晶粒長(zhǎng)大，4#成分成品晶粒尺寸小于2#成分成品晶粒尺寸。平均晶粒尺寸結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 Nb含量不同時(shí)成品晶粒尺寸統(tǒng)計(jì)

圖5 5#成分試樣成品金相組織

(對(duì)應(yīng)?；ば驕囟龋篴.1150℃，b.920℃)

圖6 4#成分試樣成品金相組織

(對(duì)應(yīng)?；ば驕囟龋篴.1150℃，b.920℃)

圖7 2#成分試樣成品金相組織

(對(duì)應(yīng)常化工序溫度：a.1150℃，b.920℃)

3 結(jié)果討論

含鈮微合金鋼生產(chǎn)中Nb含量一般大于0.02%，主要是利用Nb(C，N)在奧氏體中的形變誘導(dǎo)析出來(lái)抑制奧氏體再結(jié)晶，以達(dá)到細(xì)化鐵素體晶粒的目的[3]。無(wú)取向硅鋼中添加Nb，可以通過(guò)細(xì)化晶粒，降低板坯加熱溫度，改善成品磁性能。但Nb元素極易與鋼中的C、N結(jié)合，形成第二相質(zhì)點(diǎn)Nb(C，N)，大量的彌散狀Nb(C，N)，強(qiáng)烈阻礙晶粒地長(zhǎng)大，又會(huì)惡化最終成品磁性能[1-2]。在本實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)在鋼中添加不同含量的Nb元素，結(jié)果表明隨著Nb含量增加，?；俺善钒寰Я３叽绮粩鄿p小。而成品晶粒尺寸過(guò)小，導(dǎo)致鐵損中磁滯損失Ph增高，進(jìn)而使總的鐵損升高[2]，也即隨著Nb含量的提高，致成品中晶粒減小，最終惡化鐵損。

Cr可以提高電阻率，降低渦流損耗；少量Cr加入到鋼中能使磁性轉(zhuǎn)變溫度(居里溫度Tc)升高，有利于飽和磁化強(qiáng)度Ms的提高；另外，添加Cr可使熱軋板內(nèi)部再結(jié)晶組織發(fā)達(dá)、形變晶少、等軸晶多及比例升高，冷軋后的組織中過(guò)渡帶和切變帶發(fā)達(dá)，形變帶少。由于過(guò)渡帶和切變帶是(100)等有利織構(gòu)的形核點(diǎn)，形變帶是(111)等不利織構(gòu)的形核位置。因此，退火后(100)有利織構(gòu)發(fā)達(dá)，(111)等不利織構(gòu)被弱化進(jìn)而顯著改善磁性[4]。本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)Cr含量達(dá)到0.56%時(shí)，相較于不含Cr的鐵損P1.5/50，有較明顯地改善，其中?；瘻囟葹?20℃時(shí)添加0.56%Cr的P1.5/50要明顯低于0.013%Cr的性能，磁感B5000也相對(duì)略高。但在常化溫度為1150℃時(shí)，不同含量的Cr對(duì)鐵損影響不大，但此時(shí)B5000有差別，0.013%Cr的B5000要高于0.56%Cr，這跟?；瘻囟雀呒昂珻r綜合作用有關(guān)，即含有一定量Cr時(shí)，?；瘻囟炔荒苓^(guò)高。分析其原因?yàn)楫?dāng)溫度過(guò)高時(shí)，鋼中的CrN、Cr2O3等夾雜物大量析出，退火過(guò)程中抑制晶粒長(zhǎng)大細(xì)化晶粒，惡化鐵損[5]?？梢哉J(rèn)為上述含Cr無(wú)取向硅鋼成品磁性的不同，是Cr元素含量及對(duì)其?；统善吠嘶鸸に囉绊懙木C合作用結(jié)果。

4 結(jié)論

通過(guò)本實(shí)驗(yàn)可以得到：

(1)隨著Nb含量的提高，嚴(yán)重抑制退火過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大，進(jìn)而惡化磁性能；

(2)在鋼中添加Cr，可以明顯改善鐵損，但Cr添加到一定量時(shí)，?；瘻囟炔灰诉^(guò)高，否則對(duì)P1.5/50的改善作用會(huì)大大降低。

[1] 高超，李運(yùn)剛，齊艷飛，等.微合金元素Sn、Nb、Re對(duì)無(wú)取向硅鋼性能的影響[J].河北聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版.2013,35(3):27-30.

[2] 何忠治，趙宇，羅海文.電工鋼[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2012.

[3] 張穎，傅耘力，汪汝武，等.Nb(C，N)作為取向硅鋼中抑制劑的可行性[J].中國(guó)冶金.2008,18(7):14-18.

[4] 黃璞，馮大軍，郭小龍，等.含Cr無(wú)取向電工鋼及其生產(chǎn)方法[P].200910273336.4.2010-05-26.

[5] 張峰，王波，陳曉，等.非取向硅鋼中Cr的行為及其對(duì)鋼的電磁性能的影響[J].電工材料.2010(3):29-31.

(責(zé)任編輯：李文英)

Effect of Alloying Element and Normalizing Process on Properties of Cold Rolled Non-oriented Silicon Steel

Li Zhun Zheng Zelin

(National Engineering Research Center for Silicon Steel, Hubei, Wuhan 430080)

The research studied the effects of different alloying elements and normalizing process on the magnetic properties of cold rolled non-oriented silicon steel. The results show that with the increase of Nb content, the growth of grains is inhibited during the annealing process, and the magnetic properties also deteriorate. Adding a certain amount of Cr will decrease the product iron loss, but normalizing temperature should not be too high.

non-oriented silicon steel; magnetic properties; alloying elements; normalizing process

2016-09-13

2016-10-24

李 準(zhǔn)(1983～)，男，在讀碩士，工程師.E-mail：sdlizhun@126.com

TM201.4+5

A

1671-3524(2016)04-0024-03