中低牌号无取向硅钢退火工艺优化(修改)

2. 对我们所生产的冷轧无取向硅钢而言， AlN是有害的，特 别是那些细小弥散的AlN，然而在实际生产中又是无法避 免的，我们唯一能控制的是AlN的形态和分布，因此要求 热轧的均热温度必须小于1200 ℃（武钢控制在1100℃、 日本按1050 ℃ 控制）。
3. 曾经有人做过AlN的析出和固溶实验，数据如下：
宝钢、武钢、太钢冷轧硅钢片不同 宽度试样铁损增值
宽
宝钢片
武钢片
太钢片
度 ΔP10 % ΔP15 % ΔP10 % ΔP15 % ΔP10 % ΔP15 %
30
——
——
——
——
——
——
10 0.26 +9.6 0.374 +6.4 0.344 +12.7 0.437 +7.4 0.316 +12.5 0.452 +8.4
C低可以降低AlN的固溶度， AlN的固溶度与γ相量的多少 有关。
锰：
1. 该元素是良好的脱氧剂，同时与S有极强的结合能力，因此 能消除和减弱S引起的热脆性。
2. 锰是扩大γ相区的元素，降低共析温度，同时也降低共析体 中的碳含量，也就是说铁碳平衡图中的共析点S向左下方移 动。
3. 锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用，原因 在于Mn降低了钢共析点的C含量，根据杠杆原理，相同C 含量的C钢，Mn高的铁素体所占的比例就会少。
二、相关知识（4）
4、消除应力退火对消除冷轧应力效果研究 冷轧硅钢片在冷轧后磁性能有较大的下
降，为了恢复材料原有的磁性能，将各种 冲剪宽度的试样进行退火处理以消除其冲 剪应力。
冷轧硅钢片的退火工艺
2h
2h
750 ℃
100% N2
<50 ℃/h
200 ℃
炉冷
时间
从试验结果看，该工艺对恢复材料原有的磁性能是有 效果的。
6# 1150 ℃ x1小时 +1325℃ x1小时水淬
7# 1150 ℃ x1小时 +1350℃ x3小时水淬
8# 1150 ℃ x1小时 +1350℃ x1小时水淬
9# 1150 ℃ x1小时 +1370℃ x3小时水淬
AlN析出 0.029% 0.027% 0.025% 0.015% 0.0033% 0.003% 0.0024% 0.0029% 0.0022%
3
1.181 +43.6 1.734 +29.7 1.108 +40.8 1.6 +27.2 1.155 +45.7 1.623 +30.0
10 P(W/kg)
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
6
Ì« ¸Ö Àä Ôþ Ƭ Ìú Ëð Çú Ïß
30*300 10*300 7.5*300 6*300 4.3*300 3*300
5# 1360 ℃ x 20’淬水——1100 ℃ x 5’淬水
6# 1360 ℃ x 20’淬水——1050 ℃ x 5’淬水
7# 1360 ℃ x 20’淬水——1000 ℃ x 5’淬水
8# 1360 ℃ x 20’淬水——950 ℃ x 5’淬水
9# 1360 ℃ x 20’淬水——900 ℃ x 5’淬水
磷：
1. P提高电阻率，因此与Si有相同之处，同时P也缩小γ相区， 促进晶粒长大，降低铁损（涡流）。
2. P对提高钢的抗拉强度有显著作用。P是所有元素中提高冷 加工变形硬化率作用最强的，但是这些作用是对含C很低 的软钢才有，如果 C含量增加，这种作用就消失了。同时 可提高硬度，改善冲片性能。
3. P是向晶界偏聚元素，它可提高（100）的组份，减少 （111）组份，因此可提高B50值。
4. P与Si 有相似之处，可部分的取代Si。目前我们生产的 50W600就是一例。
铝：
1. 铝和硅的作用相近（对硅钢而言），它能提高电 阻率ρ ，可降低涡流损失，降低矫顽力。
2. 铝与氧的结合力极强，是强脱氧剂，但脱氧后形 成的Al2O3在硅钢中是最有害的夹杂物。因其是极 细小的，对晶粒的长大非常有害，同时也影响铁 损和磁感。
硅：
1、 硅有一种特性，即：能提高钢板的电阻率。硅钢中加入Si就能降低铁 损，铁损由P磁 、 P涡、 P附加组成，由于Si的添加降低了P涡；但也降低 了B值。
2、 Si元素缩小了γ相区， Si在较高时，退火容易脱C， Si有利于钢中C的 石墨化， Si可提高钢中固溶体的强度和冷加工变形硬化率，其作用仅 次于P。
二、相关知识（2）
2、γ -α 相变，西山关系
｛（111）γ∥（110）α [110]γ∥ [111]α 我认为这就是为什么很多专利介绍时强调：在热 轧过程中必须有部分γ -α 相变存在才能获得高磁 感的原因。我们已认识到获得高磁感必须提高终 轧温度才行。目前的终轧温度尚不够，应提高到 870 ℃以上效果可能会更明显。
二、相关知识（1）
1、范性形变的知识 对于α-Fe 而言，不是密堆结构，没有一个面其原 子密度显著地大。（110）的原子密度最大，但 与其它平面密度相差也不大，其（110）、（112） 和（123）都可能滑移，温度是决定滑移面的一 个因素，在Tm/4（Tm是金属的熔点）以下，体 心立方晶体的滑移面是（112），中温 Tm/4~Tm/2的情况下是（110），在更高温度下 则为（123）。
AlN%
0.029 0.02 0.01
℃
硫：
1. S对冷轧无取向硅钢是有害元素，其存在导致材料 的P15增加，同时和Mn形成MnS，而MnS一旦以 细小弥散的状态存在于钢中，可强烈的阻止晶粒 长大。因此在整个生产过程中，必须防止析出细 小的MnS，而设法使其粗化。
2. 我公司的产品晶粒度比宝钢和武钢的都小的原因 恐怕就在于MnS和AlN的析出状态。
冲片铁损增大，将直接影响电机效率。小功率电机定、转 子铜耗之和占电机总耗损的绝大部分，铁耗所占比例较少， 因此所增加的损耗对小电机影响较小，而对大功率电机影 响较大。
磁感的降低，将影响电机的功率因数，因设计时，激磁电 流的计算是按30mm宽度试样测得的磁化曲线计算。而电 机正常工作时，实际将运行在受冲剪影响的不同宽度试样 磁化曲线之上。由于小功率电机齿部宽度较小，受冲剪应 力影响较大，磁感下降也大，使励磁电流增大。
10# 1360 ℃ x 20’淬水——500 ℃ x 5’淬水
AlN析出 0.0053% 0.0066% 0.0086% 0.0094% 0.012% 0.016% 0.018% 0.020% 0.020% 0.015%
℃
1500 1000 500
0.005 0.01
0.02
AlN%
2、 AlN固溶实验表明，在温度加热到1200 ℃时， AlN基本没有固 溶，超过1200 ℃ AlN固溶明显增加，当加热到1300 ℃ AlN全部固
7.5 0.347 +12.8 0.551 +9.4 0.427 +17.4 0.706 +12.0 0.398 +15.7 0.578 +10.7
6
0.538 +19.8 0.919 +15.8 0.632 +23.3 1.027 +17.4 0.593 +23.4 1.029 +19.0
4.3 0.628 +23.2 1.032 +17.7 0.77 +28.4 1.166 +19.8 0.683 +27.0 1.102 +20.4
1、 AlN析出温度实验表明，在高温加热时， AlN以Al和N形 式固溶于基体中，随温度降低AlN又重新析出：
试样
温度
1# 1360 ℃ x 20’淬水
2# 1360 ℃ x 20’淬水——1250 ℃ x 5’淬水
3# 1360 ℃ x 20’淬水——1200 ℃ x 5’淬水
4# 1360 ℃ x 20’淬水——1150 ℃ x 5’淬水
B(T)
8
10
12
14
宝钢、武钢、太钢冷轧硅钢片不同 宽度试样磁钢下降值
宽
宝钢片
武钢片
太钢片
度 ΔB10 % ΔB25 % ΔB10 % ΔB25 % ΔB10 % ΔB25 %
30
——
——
——
——
——
——
10 -0.029 1.88 -0.009 0.55 -0.037 2.35 -0.009 0.54 -0.035 2.25 -0.008 0.48
溶：
试样
温度
1# 1150 ℃ x1小时 缓冷30 ℃/小时到800 ℃
2# 1150 ℃ x1小时 +1150℃ x3.5小时水淬
Leabharlann Baidu
3# 1150 ℃ x1小时 +1200℃ x3.5小时水淬
4# 1150 ℃ x1小时 +1250℃ x3.5小时水淬
5# 1150 ℃ x1小时 +1300℃ x3.5小时水淬
7.5 -0.043 2.78 -0.011 0.67 -0.047 2.99 -0.011 0.66 -0.051 3.28 -0.014 0.85
6
-0.075 4.85 -0.019 1.10 -0.072 4.58 -0.017 1.02 -0.101 6.49 -0.026 1.57
4.3 -0.091 5.89 -0.023 1.40 -0.104 6.62 -0.026 1.56 -0.109 7.00 -0.029 1.75
中低牌号无取向硅钢退火工艺优化
目录
一、化学成分对无取向硅钢的影响 二、基本小知识 1. 范性形变 2. γ-α 相变 3. 冷轧对冷轧硅钢片磁性能的影响 4. 消除应力退火对消除冷轧应力效果研究
一、化学成分对冷轧无取向硅钢 的影响
硅（Si） 碳（C） 锰（Mn）
磷（P） 铝（Al） 硫（S）
2、 碳对冷轧低牌号无取向硅钢的主要影响 碳的增加将使铁损P15增加，碳在钢中以间隙状态存在。增
高则引起磁时效，如消除磁时效现象，要求C在0.003%以 下。
C元素是扩大γ相区，使γ-α相变温度降低，如C含量过高成 品退火时，温度就要降低，晶粒长不大，铁损降不下来， 如果不降温，就会有γ 相存在。而C的扩散系数在α 与γ 相内 相差250多倍，原因何在？点阵密度不一样。
7.5*300
1.3 1.25 1.2
6*300 4.3*300
1.15
3*300
1.1
1.05
1
H(A/cm)
0.95
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
由上述数据分析可以得到：
冷轧硅钢片经冲剪加工后，随着冲剪宽度的变窄，磁感下 降而铁损明显增大。如冲剪宽度由30mm变为3mm时，铁 损P15/50将增加约30%，磁感B10下降约15%，B25下降 3%。
二、相关知识（3）
3、冲剪应力对铁损和磁感的影响 冷轧硅钢片在冲剪和铁心紧固等加工过程中，由 于受冲剪应力的影响，将会导致磁性能下降，结 合中小型电机齿宽较窄，最小只有3mm左右的特 点，为了定量分析其变化，我们采用了不同宽度 的试样进行模拟试验研究。 测试方法采用GB/T3655-2000《用爱泼斯坦方圈 测量电工钢片（带）磁性能的方法》进行。
4. Mn和S形成的MnS，可防止沿晶界形成的低熔点的FeS所 引起的热脆现象（MnS的熔点高，同时比Fe与S的结合力 强），因而改善热轧时的塑性， Mn可改善热轧板的组份 和结构。可使（100）和（110）组份增强，（111）组织 减弱，改善磁性能。 总之，最理想的是将S进一步降低才能尽可能的少形成 MnS夹杂物。
3、 硅对超低碳钢的脆性转变温度的影响（见图1.）
4、 硅极大降低钢的导热率，加热和冷却速度过快将会造成内外温差较大， 易形成裂纹。
图1.脆性转变温度 280
230
180
130
80
30
-20
0
1
2
3
4
碳：
1、 碳钢的强度和其他性能主要取决于碳的存在形式和碳化物 的形状、大小以及分布状态等，即：取决于钢的金相组织。
3. 铝除了Al2O3形式存在于钢中，还有AlN和固溶Al， 固溶Al是我们所希望的。
1. 大家都知道铝可以细化钢的本质晶粒，但当铝含量（固溶 铝）超过一定量时，钢的奥氏体晶粒反而容易长大，这个 量对于碳素钢而言，约在0.05%左右，铝之所以能细化钢 的晶粒和提高钢晶粒开始粗化的温度，一般认为是由于铝 在钢中与氮形成了细小弥散的AlN，起到了对晶界的钉扎 作用，晶粒很难长大，当AlN聚积或溶解时，这种钉扎作 用就消失了。
3
-0.224 14.49 -0.048 2.92 -0.200 12.72 -0.041 2.46 -0.243 15.61 -0.051 3.08
Ì« ¸Ö Àä Ôþ Ƭ ´Å ¸Ð Çú Ïß
1.75
1.7 B(T)
1.65
1.6
1.55
1.5
1.45
30*300
1.4
10*300
1.35