无取向硅钢的生产工艺及性能

无取向硅钢的生产工艺及性能

摘要：无取向硅钢俗是电力、电子和军事工业不可或缺的含碳极低的硅铁软磁

合金，它属于铁磁性物质。本文介绍了无取向硅钢在我国近些年的发展现状并对

未来的发展趋势做了展望。介绍了无取向硅钢的生产工艺流程以及无取向硅钢的

性能要求，同时分析了影响无取向硅钢的主要因素。

关键词：无取向硅钢；生产工艺；性能

1无取向硅钢简介

硅钢俗称矽钢片或硅钢片，是电力、电子和军事工业不可或缺的含碳极低的

硅铁软磁合金，主要用作各种电机、发电机和变压器的铁芯。无取向硅钢是含碳

很低的硅铁合金。在形变和退火后的钢板中其晶粒呈无规则取向分布。

2 生产工艺

冷轧无取向硅钢制造工艺流程[1]为：冶炼→真空处理→连铸→热轧→常化→

冷轧→退火→绝缘涂层

2.1 冶炼

在冶炼过程中，随着硅含量提高，钢水温度升高，出钢温度约降低10℃，因

为真空处理后加入硅铁量多，钢水温度升高。连铸法浇筑时间长，出钢温度比铸

模法约高20℃。

2.2 真空处理

沸腾钢水经真空处理，通过碳和氧的化学反应同时进行脱碳和脱氧，使碳降

到0.005%以下，氧降到0.005%以下。

2.3 连铸

硅钢的连铸采用连铸+电磁搅拌技术，经电磁搅拌后等轴晶占55%~70%，这

样能有效的减轻了表面缺陷。

2.4 热轧

铸坯装炉前在大于150℃进行表面清理，然后放在保温坑中保温和缓冷。铸

坯在加热炉中要缓慢加热，特别是在700~800℃以下更是如此。

2.5 常化

大于2%Si钢采用一次冷轧工艺时，热轧板必须常化，主要目的是使热轧板组

织更均匀，使再结晶晶粒增多，防止瓦状缺陷。同时使晶粒和析出物粗化，磁性

明显提高。

2.6 退火

退火是把钢加热到一定温度后保温一段时间再缓慢冷却的工艺操作。冷轧中

间退火的目的主要是使受到高度冷加工硬化的金属重新软化。二次冷轧法的中间

退火温度一般为830~870℃。随Si+Al量增高，温度增高。最终退火制度为

850~860℃。最好采用干燥气氛退火，以防形成内氧化层和内氮化层。

2.8 绝缘涂层

绝缘涂层主要采用半有机涂层。无机涂层的层间电阻高，叠片系数也较高，

耐热性和焊接性好，而冲片性较差。半有机涂层冲片性好，绝缘性、耐热性和焊

接性则较低。

3.性能要求

3.1铁芯损耗低

电工钢铁损低，既可以节省大量电能，又可以延长电机寿命，简化冷却装置。

3.1.2磁感应强度高

磁感磁感应强度是铁芯单位截面积上通过的磁力线数，它代表材料的磁化能力。当电机和变压器的功率不变时，磁感应强度高，铁芯的横截面积可缩小，这

使得铁芯体积减小，重量减轻，并节省电工钢板、导线、绝缘材料和结构材料用量，降低电机和变压器的总损耗和制造成本。

3.1.3对磁各向异性的要求

电机是在运转状态下工作，铁芯是用带齿圆形冲片叠成的定子和转子组成，

要求电工钢板为磁各向异性，因此用冷轧无取向硅钢制造。

3.1.4磁滞伸缩小

磁化时，材料尺寸沿磁化方向发生变化，是变压器产生噪音的一个重要原因，除特殊场合，一般不作要求。

3.1.5钢板表面光滑、平整和厚度均勾

要求电工钢表面光滑、平整和厚度均勾，准确的尺寸精度，极小的同板厚度差，主要是为了提高铁芯的叠片系数。叠片系数高意味着铁芯体积不变时电工钢

板用量增多而有更多的磁通密度通过，有效利用空间增大，空气间隙减少，这使

激磁电流减小。

3.2影响因素

3.2.1化学成分

（1）硅：Si加入Fe中，提高电阻率、降低铁损。硅能显著的减少硅钢内的

涡流损失从而总铁芯损失减少，硅还可以提高相图中A3线和A4线临界温度，在Fe—Si相图中形成闭合的圈。所以高硅硅钢片多经高温退火来使钢组织均匀，晶

粒粗化，夹杂聚集。硅可以减少晶体各方向异性，使磁化容易，磁阻减少。硅还

能减轻其它杂质的危害，使碳石墨化，降低对磁性的有害影响。硅和氧有很强的

亲和力，有脱氧的作用。硅可以减少碳、氧和氮在钢中的脱溶引起的磁时效现象。在强磁场下Si降低磁感强度，Si还能使钢变脆，难以轧制变形，导热性降低。

（2）碳：成品中残留C，则出现磁时效，另外C增大矫顽力，加大磁滞损失，降低磁感强度。C对磁性能影响随钢中C含量和的C存在形式而变化，如以石墨

态存在时，影响不显著，C对Fe—C相图也有显著影响。

（3）锰：锰与硫形成MnS可防止沿晶界形成低溶点的而引起热脆现象，因

此要保证一定量的锰来改善热轧塑性，含量应大于0.01%。其次，猛可以扩大γ

相区，MnS在γ相中的固溶度乘积比在α相中的低，可促使MnS粗化，有利于

晶粒长大[2]。

（4）磷：磷可以提高电阻率、缩小γ相区，促使晶粒长大，降低铁损。在低

碳电工钢中，常加入P强化铁素体，提高硬度，改善冲片性能。

（5）氮、硫：N通过生成有害的AlN沉淀，使磁性变坏；S通过在基体中存

在MnS微细质点以及在晶界上存在自由S，使磁性变坏。

（6）铝：Al作用与Si相似，对磁性有利，但使钢变脆，Al含量大于0.5%时

硅钢明显变脆，但与高硅钢相比仍有较高的塑性。

（7）稀土：铈阻碍了无取向硅钢的再结晶过程。铈的加入使无取向硅钢的最终晶粒尺寸增大，稀土加入钢中改善加工性能，改善瓦特损失[3]。

3.2.2组织对性能的影响

（1）晶粒大小：增大晶粒会使晶粒边界减少，晶界处的缺陷多，内应力大，从而使磁滞损失减小，同时由于电阻的减小，使润流损失增大。为了降低铁损有

一个合适的临界晶粒尺寸。另外，在弱磁场下，粗晶粒对磁感和磁导率有利；而

在强磁场下，细晶粒对磁感和磁导率更有利。