气氛热处理对无取向硅钢组织及织构的影响

摘 要：本文以鞍钢生产的５０Ａｗ６００牌号的无取向硅钢为研究对象，进行常规热处理和气氛热处理试验。根据冷 轧无取向硅钢退火工艺的特点，研究了退火温度和保温时间对冷轧无取向硅钢晶粒组织和织构演变的影响；同时，
也研究了不同的热处理气氛对无取向硅钢织构的影响。结果表明，气氛热处理条件下的无取向硅钢的晶粒要比常
图４为全氢气氛热处理条件下５０Ａｗ６００在币： ＝４５。的ＯＤＦ截面图，可以清晰地看出这一截面上 的织构分布，其中｛４４３｝（１ ２４）、｛１１０｝（３ ８ １）和 ｛１１１｝（２４１）织构的占有率很高，其中｛１１ｌ｝（１ ２４） 的占有率最高，其极密度水平可达到６６．２９５，而 ｛１１０｝织构的占有率次之，可达３２．９５４，这是对硅钢 的磁性能的有利因素。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ８ｌ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ｐｅｒｆｏ珊ｅｄ ｏｎ ｎｏｎ．ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｔｅｅｌ ｏｆ ５０ＡＷ６００
３气氛热处理对无取向硅钢微观组织 及织构的影响
参考现场生产工艺，无取向硅钢在氮气：氢气＝ ７：ｌ、氮气：氢气＝ｌ：３和全氢气三种不同的还原式保 护气氛下加热９２０℃保温２０ ｍｉｎ的条件下进行气 氛热处理。工艺流程如图２所示。通过金相组织和 ＥＢｓＤ的观察，分析并比较不同气氛热处理下所得 组织及织构的影响。 ３．１气氛热处理对５０ＡＷ６００无取向硅钢微观组 织的影响
组织及再结晶织构。因此通过控制无取向硅钢的
力消耗的主要设备，其降低自身损耗和提高其工作
｛１００｝、｛１１０｝、｛ｌｌ ｌ｝及｛“２｝织构的强度，使｛１００｝
效率对于节能非常重要。冷轧无取向硅钢作为在旋
织构具有较高的强度，从而提高磁性能是目前的一
转磁场中工作的电动机和发电机转子铁心材料，具 个热点课题。６１。本文正是本着这一目的，在前人研
（２）气氛热处理条件下无取向硅钢的晶粒要比 常态下及常规热处理条件下的晶粒粗大，且比较均 匀，但是全氢气氛下的晶粒长大的不均匀。
（３）经过气氛热处理后，５０Ａｗ８００中｛１１１｝、 ｛１ １２｝织构的占有率明显减少，而｛１００｝、｛１１０｝织构 的占有率增大，即平行于轧面的｛１１ｌ｝、｛１１２｝的织 构被平行于轧面的｛１００｝、｛１１０｝所代替，从而使轧 面内有较多的易磁化（１００）、（１１０）方向，大大提高 了无取向硅钢的磁性能。
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有良好的磁性能和工艺性能，是新一代的软磁材料， 究的基础上，通过对无取向硅钢常规热处理的分析，
属于钢铁工业的高端产品旧。。由于硅钢生产技术
观察加热温度和保温时间对其显微组织的影响，并
的发展，使电器的效率逐步提高，为了进一步提高电 通过ＥＢＳＤ技术研究不同气氛热处理后，无取向硅
器的效率，就必须降低无取向硅钢的铁损，减小厚度
效途径。因此，控制硅钢织构的形成、演变及相变机 蔡氏显微镜、ＪｓＭ－６４８０ＬＶ型扫描电镜、ＥＤＡｘ公司
理的研究是今后的热点。
ＰＥＧＡｓｕｓ２０４０ ＥＤｓ＋ＥＢｓＤ一体化系统和ＯＩＭ５．３１
硅钢的性能由实际应用决定，工业上一般要求 分析软件。
电机、变压器和其他电器部件的效率要高、耗电量
试验所使用的材料是鞍钢生产的５０Ａｗ６００牌
本试验的加热温度分别为７８０，８５０，９２０℃，保 温时间５ ｍｉｎ，通过在金相显微镜的观察，分析加热 温度对其组织的影响。在常规热处理过程中，各牌 号无取向硅钢品粒长大较均匀，属晶粒的正常长大。 且随着热处理温度的升高，晶粒尺寸逐渐变大，晶粒 长大速率变大。
在加热温度为８５０℃时，通过不同保温时间下 （５，１０，２０ ｍｉｎ）的显微组织观察，发现在常规热处 理过程中，在一定加热温度下，平均晶粒尺寸随保温 时间的延长而变大。当平均晶粒尺寸达到一定数值 时，虽保温时间延长，但晶粒长大缓慢。 ２．２无取向硅钢原始组织的织构分析
少、体积小、重量轻和变压器噪音小。所以硅钢通常 号无取向硅钢片。试验中所用到的试验样品有光学
是以铁芯损耗（简称铁损）和磁感应强度（简称磁
显微镜样品和ＥＢｓＤ样品两种。其中，光学显微镜
感）作为产品磁性保证。除了机械特性外，其主要
样品是将抛磨好的样品用４％的硝酸酒精溶液浸蚀
磁性能要求为高磁导率、低铁损、低矫顽力以及在旋 ８ｓ所得；而ＥＢｓＤ样品是采用２０％高氯酸酒精电解
态下及常规热处理条件下的晶粒粗大，且比较均匀；气氛热处理形成了有利织构，提高了其磁性能；同全氢气氛相
比较，氨分解气氛更有利于５０Ａｗ６００无取向硅钢有利织构的形成。
关键词：无取向硅钢；显微组织；气氛熟处理；织构
中图分类号：ＴＧｌ４２；ＴＧｌｌ５．２１＋５．３；ＴＧｌｌ５．２３
文献标识码：Ａ
硅钢又称电工钢，一般含Ｏ．５％一４．５％Ｓｉ和其 耗和提高其工作效率对于节能非常重要。为了进一
在非活化状态下，氮可用作保护加热，防止钢件 的氧化、脱碳，因而广泛地用于光亮淬火、光亮退火、 光亮回火等热处理工艺中。所以氮基气氛所具有的 化学特性完全取决于其他组份的种类和相对含量。 氮基气氛中加入少量氢气使气氛具有还原性，避免 了无取向硅钢在热处理过程中被氧化¨。。
图３为无取向硅钢在氮气：氢气＝７：ｌ、氮气：氢 气＝ｌ：３和全氢气三种不同的还原式保护气氛下加 热９２０℃保温２０ ｍｉｎ的条件下进行的气氛热处理 后的显微组织。可以看出气氛热处理条件下的显微 组织都是铁素体，晶粒比较粗大，且比较均匀，但无 取向硅钢在全氢气氛热处理条件下晶粒长大的不均 匀。
ＩＰＦ图能够表示晶粒的取向，从图ｌａ可以看 出，５０ＡＷ６００原始组织在轧面上取向分布较均匀， 各向同性较好。图１ｂ为５０Ａｗ６００原始组织击，＝ ４５。的ＯＤＦ截面图，由图可见这一截面上的织构分 布。（１１２）［２ ４１］所占比例最大，为１２．８１２％，还有 少量的（５５６）［１ ７５］，（６６５）［２３６］和（００１）［１２０］织 构。偏聚于｛１００｝（０１１）的织构的极密度不是很高， 这说明有较多晶粒的｛１１１｝面平行于轧面，而（１１１） 方向是很难磁化的，对无取向硅钢的磁性能不利。 因此需要通过热处理的手段尽能使晶粒的｛１００｝、 ｛１１０｝面平行于轧面，以使轧面内有较多易磁化 （１００）方向，即平行于轧面的｛１１ ｌ｝、｛１１２｝尽可能由 平行于轧面的｛１００｝、｛１１０｝代替，从而提高无取向 硅钢的磁性。
万方数据
第１期
贾维平等：气氛热处理对无取向硅钢组织及织构的影响
５７
温度Ｔ
装样通Ｎ，
Ｆｉ昏２
图２气氛热处理工艺。
Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ订ｏｗ ｃｈａｒｔ
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图３三种气氛下无取向硅钢的显微组织（Ｂａｒ＝５０¨ｍ）。ａ：氮氢比为７：ｌ的气氛．ｂ：氨分解气氛；ｃ：全氢气氛
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Ｆｉｇ．３ Ｍｉｃｒ０８ｔ珊ｃｔｕｒｅ ｏｆ ｎｏｎ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｔｅｅｌ ｕｎｄｅｒ ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｔｍ０８ｐｈｅｒｅ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ（Ｂａｒ＝５０“ｍ）．
万方数据
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电子显微学报 Ｊ．ｃｈｉｎ．Ｅｌｅｃｔｒ．Ｍｊｃｍｓｃ．Ｓｏｃ
第２９卷
Ｆｉｇ．１
图ｌ ａ：冷轧无取向硅钢５０Ａｗ６００的ＩＰＦ图；ｂ：中２＝４５。的０ＤＦ截嘶图。Ｂａｒ＝７００¨ｍ ａ：Ｔｈｅ ＩＰＦ ｍａｐ ｏｆ ｃｏｌｄ—ｒｏｌｌｅｄ ｎｏｎ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｓｉｌｊｃｏｎ ｓｔｅｅｌ ５０ＡＷ６００；ｂ：０ＤＦ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｍａｐ ｏｆ中２＝４５。．Ｂａｒ＝７００斗ｍ
钢显微组织的形变及织构的演变规律。希望通过本
和改善织构是降低铁损的有效途径。硅钢的（００１）
文研究进一步优化无取向硅钢的性能，节省电机的
方向是易磁化方向。７｜，通过优化工艺过程的办法获
损耗，提高电机的效率，节省能源。
得（００１）方向的择优取向是获得高质量硅钢片的有
试验中所使用的试验设备主要有：ＨＡＬｌ００型
转磁通或谐波磁通磁化或出现机械应力情况下具有
抛光得到。
良好的特性。
２ 常规热处理对无取向硅钢微观组织
１实验材料与方法
的影响
电机作为电力消耗的主要设备，其降低自身损 ｚ １加热温度和保温对无取向硅钢微观组织的影响
收稿日期：２００９－ｌｌ－２７ 作者简介：贾维平（１９７ｌ一），男（汉族），辽宁人，教授．Ｅ·ｍａｉｌ：ｗｐｊｉａ＠ｈｏｔｍａｉｌＩ ｃ∞．
（４）气氛热处理破坏了５０ＡＷ６００原始组织的 织构，并在全氢气氛热处理后观察到了纤维织构，在 全氢气氛热处理中获得的有利织构比较多，说明气 氛热处理中氢气的加入量对织构有显著影响。
参考文献：
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Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ０ｎ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
１
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它一些合金元素。硅钢是一种含碳量极低的硅铁软
步提高电器的效率，就必须降低无取向硅钢的铁损，
磁合金，硅的加入可以提高铁的电阻率和最大磁导
减小厚度和改善织构是降低铁损的有效途径。无取
率，降低矫顽力、铁损和磁时效¨。］。近年来，由于
向硅钢的电磁性能取决于化学成分、钢的冶金质量、
能源短缺，各国对节能降耗非常蕈视。电机作为电
第２９卷第ｌ期 ２０１０年２月
电子显微学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ Ｓｏｃｉｅｔｙ
Ｖ０１．２９．Ｎ ｏ．１ ２０１０旬２
文章编号：１０００＿６２８ｌ（２０１０）Ｏｌ铷５５拼
气氛热处理对无取向硅钢组织及织构的影响
贾维平，薛 宁，李国峰
（辽宁科技大学材料科学与工程学院，辽宁鞍山１１４０５１）
４ 结论
本文以鞍钢生产的无取向硅钢５０Ａｗ６００为研 究对象，对其进行常规及气氛热处理。采用金相显 微镜观察它们显微组织的变化，用ＥＢＳＤ观察它们 织构的变化，进而分析热处理方式对无取向硅钢组 织及织构的影响。得到如下结论。
（１）５０Ａｗ６００的原始组织及经过热处理后的组 织都为铁素体。在常规热处理中，随加热温度的升 高，平均晶粒尺寸增大；随保温时间的延长，平均晶 粒尺寸增大，但当晶粒尺寸达到一定数值时，随着保 温时间的延长，晶粒长大得非常缓慢，即平均晶粒尺 寸不会随着保温时间的延长而无限长大。
ａ：Ｎ２：Ｈ２＝７：ｌ；ｂ：Ｄｅｃｏｍｐ０８ｉｔｉｏｎ
ｏｆ
ＮＨ ３
ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ；ｃ：Ａｌｌ
Ｈ２
图４全氢气氛下巾：＝４５。的０ＤＦ截面图。
Ｆｉｇ．４ ０ＤＦ ｃｍ８８ ８ｅｃｔｉｏｎ ｍａｐ ｏｆ咖２＝４５。ｕｎｄｅｒ ａｌｌ Ｈ２ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｈｅａｔ ｔＩ℃ａｔｍｅｎｔ．
万方数据
ｊＩＡ Ｗｅｉ－ｐｉｎｇ，ＸＵＥ Ｎｉｎｇ，ＬＩ Ｇｕｏ—ｆｂｎｇ （ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ａｎ８ｈａｎ Ｌｉａｏｎｉｎｇ １１４０５ｌ，ｃｈｉｎａ）
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电子显微学报 Ｊ．ｃｈｉｎ．Ｅｌｅｃｔｒ．Ｍｉｃｒｏｓｃ．Ｓｏｃ
第２９卷
３．２气氛热处理对５０ＡＷ６００无取向硅钢织构的 影响
由妒２＝４５。ＯＤＦ截面图可知，经过Ｎ２：Ｈ２＝７：１ 和氨分解气氛（Ｎ：：Ｈ：＝１：３）热处理后，（１１２）［２ ４ １］所占比例最大，还有少量的（５５６）［１ ７５］，（６６５） ［２ ４６］，（００１）［１ ２０］织构。