二次退火對電工鋼性能的影響

劉美淋，焦炳甫，朱龍德

（尼得科電機（青島）有限公司，山東青島 266300）

引言

電工鋼一般分為全工藝及半工藝產(chǎn)品。全工藝電工鋼一般在涂層前已經(jīng)進行了退火，用戶在使用時不再退火。但是，在對材料進行沖壓、卷繞操作時會引起沖片效應(yīng)，降低性能。一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)即使只有0.5%的應(yīng)力也會使無取向硅鋼的磁性能明顯惡化[1]。為提高電機效率，可以對沖片材料進行熱處理以消除沖切應(yīng)力，同時對沖切口發(fā)藍處理以減少渦流損耗。本研究對不同牌號電工鋼在不同溫度下進行熱處理，探討了二次退火過程中對磁性能改善的影響因素，通過對比熱處理后材料硬度、組織和磁性能的變化，分析這些變化的影響因素。

1 試驗

樣品取自不同廠家的不同牌號產(chǎn)品，分別用樣品A、B、C、D表示。厚度均為0.5 mm，切制成30 mm×300 mm的愛潑斯坦方圈樣品。用愛潑斯坦方圈測試儀測試在1.5 T、50 Hz條件下的鐵損P1.5/50及磁導(dǎo)率，測試方法參照ASTM A343。測試后將樣品放入熱處理爐進行退火處理，包括中溫退火（500℃～600℃，2 h）和高溫退火（700℃～780℃，2 h）。退火后再次測量樣品磁性能，并采用金相顯微鏡、微觀硬度計、碳硫儀等設(shè)備分析退火前后的樣品組織、硬度、碳含量，用以對比研究磁性能的影響因素。

2 結(jié)果分析

2.1 磁性能

圖1，2分別為低溫、高溫?zé)崽幚淼臏囟惹€。各樣品在不同條件下熱處理前后磁性能測試結(jié)果見表1。從表1可知，不論是中溫還是高溫退火，都起到了降低鐵損、提高磁導(dǎo)率的作用。相對來說，高溫退火對鐵損的改善比較明顯，但提高退火溫度會損失部分磁導(dǎo)率。A、C產(chǎn)品為同一廠家不同牌號的產(chǎn)品，在二次退火中，這兩種牌號產(chǎn)品表現(xiàn)出相似的改善趨勢。B產(chǎn)品為另一個廠家的產(chǎn)品，在二次退火中高溫處理與低溫處理的改善情況相似，因此在實際使用中為節(jié)約成本沒有必要進行高溫退火處理。D產(chǎn)品為高牌號的硅鋼，在二次高溫處理中也顯示磁性能的明顯改善，尤其是在磁導(dǎo)率方面。總體來說，不同廠家的產(chǎn)品二次退火都對磁性能有改善，但改善情況有差異，這應(yīng)該與產(chǎn)品的涂層種類及出廠處理溫度相似有關(guān)。

表1 熱處理前后樣品磁性能測試結(jié)果

圖1 低溫退火溫度曲線

圖2 高溫退火溫度曲線

鐵損由磁滯損耗和渦流損耗兩部分組成，二次退火對鐵損的降低作用主要是降低了磁滯損耗部分[1]。電工鋼在成品退火冷卻及后續(xù)沖剪、彎曲等加工過程中，會產(chǎn)生熱應(yīng)力和加工應(yīng)力，導(dǎo)致磁性能惡化。對電工鋼進行二次退火，可以消除熱應(yīng)力及加工應(yīng)力，使材料的原有磁性能得到恢復(fù)。隨著退火溫度升高，應(yīng)力的消除更加徹底。因而，鐵損隨二次退火溫度的升高而降低。

材料的磁導(dǎo)率通常是受晶粒尺寸和晶粒取向兩方面的因素控制。在去應(yīng)力退火過程中，隨退火溫度升高，磁導(dǎo)率呈現(xiàn)先升后降的趨勢。有報道表明在大約700℃退火時磁導(dǎo)率達到最大，這主要是由于熱處理過程中晶粒取向（織構(gòu)）的變化所致[2]。在本試驗中，高溫退火溫度高于700℃，因而與低溫退火相比磁導(dǎo)率略有下降。

2.2 硬度

樣品在熱處理前后的硬度測試結(jié)果見表2。從表2可知熱處理前后樣品硬度變化不明顯。

表2 熱處理前后樣品硬度測試結(jié)果

2.3 碳含量和硫含量

樣品在熱處理前后碳含量對比結(jié)果列于表3。結(jié)果顯示，高溫二次退火后A、B、C三種樣品的碳含量都有少量增加，表明這三種樣品的涂層在熱處理時發(fā)生了滲碳現(xiàn)象，而D樣品則略有下降。這主要與樣品的涂層成分有關(guān)[3]，即當(dāng)涂層中含有有機組分時，在高溫退火熱處理中，有機組分燃燒生成C、CO和CO2等產(chǎn)物，有可能成為滲碳的碳源。中溫退火除B樣品外，其余的碳含量都有少量降低。報道[3]指出，在相同的處理條件下，涂層種類對二次退火的磁性能改善程度有顯著影響。

表3 熱處理前后樣品碳含量分析結(jié)果

2.4 金相

圖3～6為各樣品在熱處理前后的金相組織對比。從圖3～6可知，在較低溫度下退火時，樣品的晶粒大小沒有明顯變化，但A、C、D樣品在高溫退火后出現(xiàn)了部分晶粒長大的現(xiàn)象。然而B樣品二次高、低溫退火后的金相與熱處理前的金相沒有明顯區(qū)別，反映在磁性能上發(fā)現(xiàn)其二次高溫退火與低溫退火對磁性能的影響不大。這應(yīng)該與電工鋼產(chǎn)品在成品前退火處理的溫度有關(guān)，如果在出廠前退火溫度已經(jīng)足夠高，二次退火溫度低于出廠退火溫度，則晶粒在出廠退火中已經(jīng)足夠長大，在二次退火中晶粒不會繼續(xù)長大（A、C樣品為同一廠家的產(chǎn)品）。

圖3 樣品A熱處理前后金相組織對比

圖4 樣品B熱處理前后金相組織對比

圖5 樣品C熱處理前后金相組織對比

圖6 樣品D熱處理前后金相組織對比

3 結(jié)論

（1）對電工鋼進行二次退火可以顯著改善磁性能。提高退火溫度可以進一步降低鐵損，但會損失一部分磁導(dǎo)率。

（2）二次退火對硬度基本沒有影響。在同樣的退火處理工藝下，不同廠家的產(chǎn)品在晶粒大小、碳含量方面表現(xiàn)出不同的變化趨勢。這應(yīng)該與不同廠家的產(chǎn)品涂層不同及出廠處理條件不同有關(guān)。