钢材组织性能的控制

P(瓦／公斤) P10 P15 P17 0.625 1.869 2.47 0.88 1.95 2.64
３．冷轧 为了形成 (110)[001]二次再结晶织构， 必须在冷轧带钢中存在 (111)[112] 取向的 晶粒。从晶体学来看， (111)[112]晶格畸 变最大，再结晶能力最强，绕 (110)轴转 35°就得到(110)[001]高斯织构。
P2∝ fn·B·h/ρ
h —— 铁芯厚度 ρ——铁芯电阻率
ρ↑、h↓→ P2 ↓ ③ 剩余损耗 P3
除P1、P2外的其它功率损耗 铁损 P = P1＋P2＋ P3 对硅钢片的要求：
磁感应强度高 B↑→μ↑
铁芯损失低
P↓→ ρ↑、h↓、 Hc ↓
３．磁各向异性 用Fe－Si单晶体试验可知： [100]晶向最易磁化 [111]晶向最难磁化
的比值
R = εb/εh
R＞1， εb ＞ εh ，说明板料在宽向容
易变形，而在厚向不容易变形，产生细颈
的可能性下降，冲压性能好
因为板材都是轧制而成，存在各向异性， 各方向的R不同 R平均 =( R0 + 2R45 + R90)／4 R0 、 R45 、R90 分别为沿与轧向成 0°、 45°、90°角方向截取试样的塑性变形比 R：不仅可反映材料冲压性能的好坏，还
磁化力，叫矫顽力
矫顽力的大小反映了磁 性材料保存剩磁状态的 能力
P1 ∝ fn·An
fn —— 电流频率
An —— 回线面积
磁滞回线所包围的面积越大，磁滞损耗也越大
因为 An ∝ Hc 所以 P1 ∝ Hc 矫顽力越大，磁滞损耗越大
② 涡流损耗 P2 由于交变磁场产生的感生电 流在铁芯内形成涡流而引起 的功率损耗 感生电流所产生的磁场与 原 磁场方向相反，阻碍材料的 磁化，并使外磁场能量转变 成热量。
２．热轧 ① 终轧温度 T终℃＞ 850℃
完全再结晶、不使 AlN 在热轧过程中析出 ② 变形程度 ε↑，等轴晶深度↑
③ 轧制速度 快 不使 AlN在热轧时析出
④ 冷却速度 快 ⑤ 卷取温度 低
一般T卷℃ ＜700℃ T卷℃↓→ B↑、P↓
磁性 T卷℃ 500~550 650~700
B(千高斯) B25 B50 B100 18.1 19.4 20.6 16.1 17.7 19.7
生粘结。
④ 成品高温退火 （二次再结晶退火） —— 形成粗大的 (110)[001] 再结晶织构，使 成品获得高的取向度 —— 使夹杂物聚集长大 —— 脱C，使C石墨化 —— 脱 S、N，减少和去除钢中的夹杂物 AlN + H2 → Al + NH3↑ MnS + H2 → Mn + H2S↑
⑤ 拉伸平整退火 —— 平整板面，消除瓢曲和浪形，使填充系数↑ —— 改善磁织构，取向度↑，降低铁损 —— 减少磁致伸缩，降低噪音 涂绝缘层：提高层间电阻、防锈耐蚀
４．退火
1
① 初退火
热轧后退火
目的：使组织均匀化、去除应力、脱C ② 中间退火（初次再结晶退火）
—去除应力，消除加工硬化，为第二次冷轧作
准备
—完成初次再结晶，在 (111)[112]织构的基础
上形成少量(3~5%)(110)[001]再结晶织构。
—脱C
③ 脱C退火 —— 脱C —— 形成 SiO2薄膜 涂隔离层 MgO，以防高温退火时带钢发
(b)杯形件深冲试验 把不同直径 (D)的圆形板料一次冲成圆形杯件，
不产生破裂的最大圆板料的外径 D与冲头直径 d 之比 D/d叫极限冲压比。D/d越大，冲压性能越好
(c)锥形杯试验 冲头一直往下压，直到产 生裂缝，测出产生破裂时 的锥形杯口外径 D，称为 锥杯值 D越小，冲压性能越好
② 拉伸试验法
三．冲压性能的控制
１．化学成分
① C ↑，σs ↑，屈强比↑； 易形成柯氏气团、表面皱折
C% ≤ 0.08%
② Al ↑，固溶强化↑， σs ↑，屈强比↑；
但要保证形成适量的 AlN
Al%取 0.02~0.07%
③ Si、Mn 固溶强化↑， σs ↑ Si% 取 0.03% 左右， Mn%取 0.4% 左右
d↑ → B↑、P↓ 磁性好 如图示：d ↓ ，P1 ↑
２．晶粒取向 取向度 —— 晶体中易磁化晶向平行于或接
近平行于轧向的晶粒所占的百分比 设易磁化晶向与轧向的偏离角为 αn ，
αn ↓→ B↑、P↓ 一般工业产品 αn ≤10° 高牌号的产品 αn ≤5°
３．夹杂物 ① 有害夹杂物 属于稳定的，温度升高不会分解或析出， 如Al2O3、SiO2、FeO等等，它们的存在会 造成晶格畸变,产生内应力,使磁化阻力↑， 矫顽力↑，磁滞损耗 P1↑
④ S、P 是有害元素，应越少越好，一般 ＜0.02%
２．工艺制度 以 08Al 镇静钢为例来讨论
冲压板生产工艺流程 板坯→加热→热轧→卷取→冷轧→退火→ 平整
① 热轧工艺控制
加热：加热温度高，加热时间长，使 AlN 充分
溶解
T加℃ = 1200~1300℃
热轧： T终℃≥ 840℃， 轧后浇水急冷，以防
(b)在二次再结晶温度范围，夹杂物聚集， 并随温度升高而溶解，促使二次再结晶 晶粒择优长大而获得(110)[001]高斯织构。
(c)高温成品退火时，由于退火气氛 H2 的作 用而将S和N去除掉，或在高温下使这些 夹杂物聚集成更大的颗粒而减少其有害 的影响。
４．化学成分 最不利元素 C ——使 γ区扩大 高温退火时，使织构破坏，取向度↓ —— 与铁形成间隙式的固溶体 使晶格畸变↑，内应力↑，磁化阻力↑ —— 形成珠光体、渗碳体 降低磁性，使硅钢片变脆 因此，希望 C%↓↓，一般 C%＜0.02%
(%)
(瓦／公斤)
B25 (高斯)
B50 (高斯)
30
0.55
18000 19100
52
0.51
19000 19800
70
0.53
18150 18850
③ 总压下率一定，道次压下率增大时，磁性好
轧制道次数 26次 16次
B25 (高斯) 17300 18100
P10 (瓦／公斤) 0.90 0.68
５．铁芯厚度 h 涡流损耗 P2 ∝ fn·B·h/ρ h↓，P2↓ 另： h↓ ，单位厚度铁芯内的界面增多，磁化
阻力增加，矫顽力增大，磁滞损耗 P1 ↑
当温度、晶粒尺寸、取 向度不变时 钢片厚度与铁损的关系 如图示
三．轧制工艺制度的控制
典型生产工艺流程:
12
冶炼→铸锭→开坯→热轧成 2.2mm厚的板卷→
热轧硅钢片： 电机 厚 0.5 mm 1.0 ~ 2.5%Si 变压器 厚 0.35mm 3.0 ~ 4.5%Si
冷轧硅钢片：≤ 3.5%Si 无取向硅钢片 多用于电机
取向硅钢片 2.8 ~ 3.5%Si 单取向硅钢片：高斯织构 (110)[001] 变压器 厚0.35mm 双取向硅钢片：立方织构 (001)[100] 仪表工业 厚0.025 ~ 0.1mm
电机用硅钢：要求磁各向异性越小越好，纵横方向的 B25 差别小于10%
变压器用硅钢：要求轧制方向为[001]晶向，B↑ 采用有取向的硅钢片 (100)[001] 或 (110)[001]
４．磁致伸缩小 ５．表面质量好，厚度均匀
表面平整，填充系数高 厚度不均，噪音增大，电机振动增大
二．影响电磁性能的主要因素 １．晶粒大小
７．钢材组织性能的控制
7.1 电磁性能的控制 硅钢 —— Fe－Si 合金
主要用于电机及变压器的铁芯 分类： 按用途来分： 电机硅钢、变压器硅钢 按化学成分来分：低硅 （0.8 ~ 1.8%Si）、
中硅（ 1.8 ~ 2.8%Si）、 高硅（ ＞ 2.8%Si）
按轧制工艺来分： 热轧硅钢片、冷轧硅钢片
初退火→酸洗→ 第一次冷轧成 0.7mm厚的板卷
→ 中间退火→第二次冷轧成 0.35mm厚的板卷
→脱C退火→涂 MgO粉(以防高温退火时粘结)
→ 高温退火→ 涂绝缘层→拉伸退火→剪切→
检验→入库
1．加热 提高加热温度、延长加热时间对磁性有利
① 使有利夹杂充分固溶 ② 铁素体晶粒尺寸变大 ③ 使有害夹杂聚集长大，减小其有害性 ④ 脱 C↑ ⑤ 减小偏析现象 板坯的加热温度控制在 1300℃左右，最高 可达 1350℃。
最有利元素 Si —— 使γ区缩小 使高温退火形成的织构 不会在冷却时因相变而遭到破坏。 —— 与铁形成置换固溶体 晶格畸变小 —— 促进石墨化 —— 使电阻增加 降低涡流损耗 —— 促使铁素体晶粒粗化 使矫顽力降低，磁滞损耗下降
Mn、S、N 虽属不利元素，但生成 MnS、AlN 则变为有利。因此，生产中往往含 有一定量的硫和锰或铝和氮，形成 有利夹杂，提高冷轧硅钢的取向度。
拉伸试验，测出σs、σb、δ 确定材料的屈强比 σs／σb 塑性变形比 R
(a)屈强比σs／σb 反映材料加工硬化能力的大小
σs／σb↓，冲压性能↑ —— σs 小，变形抗力小，材料易变形 —— σb 大，材料不易断 说明材料加工硬化能力大，不易产生细
颈，不易断裂
(b)塑性变形比 R
板材在宽度和厚度方向上产生塑性变形
不多 饼形晶粒 厚度方向晶界多，位错移动阻力大，
不易变形，而宽向易变形，使 R ↑， 冲压性能↑
③ 晶粒取向 (111)晶面平行板面，R↑，冲压性能好↑ 因为 ＜111＞⊥(111)， ＜111＞方向为厚度方 向，不易变形， R↑ 所以，为了提高板材的深冲性能，应设法增加 平行于板面的(111)织构。
7.2 冲压性能的控制 一．冲压性能 １．概念 冲压： 材料在冲头与模具 作用下，产生塑性变形得 到一定形状和尺寸的过程 产品：壳体零件、杯形件 原料：板料，也叫板冲压
冲压性能：材料能顺利地完成冲压过程而不破坏的能力
２．冲压性能的测定 ① 模拟法 (a)杯突法
适用于 h≤ 2mm的板带材 冲头压入直到材料产生裂纹， 此时所压入的深度值 △h，即为 金属的杯突深度，也叫杯突值。 △h 越大，冲压性能越好
可作为板材各向异性的指标
二．影响冲压性能的因素 １．晶粒
① 晶粒大小 ——σs／σb
d↑， σs ↓—— σs／σb ↓，冲压性能↑ d↑↑， σb ↓—— 杂质因晶界减少而集中，
脆性↑，冲压制品表面易 出现桔皮状
一般，适宜的晶粒尺寸为 6~8 级
② 晶粒形状 R 大量实验证明，具有饼形晶粒的板材，其冲压性 能比具有等轴晶粒的好得多 等轴晶粒 宽向和厚度方向对位错移动的阻力差
冷轧硅钢片电磁性能优于热轧硅钢片： B↑ 25% P↓ 30~40% 体积减少30~40% 电能↓
一．电磁性能的概念
１．磁感应强度 B （磁通密度）
定义：在垂直磁场的方向上，材料内部单位面
积通过的磁力线条数
B0 = μ0nI = μ0 H
μ0 —— 真空导磁率
加铁芯后： B总 = B0 ＋B芯 ≈ B芯 ＝ μrμ0nI
夹杂物的影响程度与其数量、形状和弥散 程度有关
Hc ∝ V·K/d’ V —— 夹杂物体积 K —— 夹杂物形状 d’—— 夹杂物直径
d’↓，Hc↑
即夹杂物越细小，影响程度越大
② 有利夹杂物 属于不稳定的，如 AlN、MnS 有利夹杂必须具备以下条件： (a)以细小弥散的质点均匀分布，强烈
地阻止初次再结晶晶粒的正常长大。
＝ μH
μr 百度文库— 相对导磁率
μ：反映材料密集磁力线的能力，即磁化能力
的大小。 μ↑、B↑ 表示易磁化
２．铁芯损失P 单位重量硅钢片在交变磁场作用下的 功率损耗 ① 磁滞损耗 P1 由于磁感应强度的变化始终落后于
磁场的变化 所引起的功率损耗
H=0, B=Br 剩磁现象 Br ：剩余磁感应强度 Hc ：克服剩磁所加的
２．夹杂物 ① 不利夹杂物 碳化物、硫化物
夹杂物呈脆性，造成冲压开裂 ② 有利夹杂物 AlN
(a)在冷轧后退火再结晶时沿轧向平行析 出，阻碍晶粒沿厚度方向长大，使晶 粒成为伸长的薄饼形状。
(b)AlN的形成，使钢中的自由N 浓度↓， 不易产生屈服效应，表面质量↑
３．形变时效 (a) σs ↑，屈强比↑，冲压性能↓ (b)形成吕德斯带，使冲压件表面质量↓ AlN的形成，使时效倾向↓
第二次冷轧的总压下率对磁性影响大 1 ① 第一道次压下率 ε1≈ 35%为宜 这时冷轧织构中的(111)[112]组分加强，再 结晶退火→ (110)[001]织构，使成品的取向 度和磁性提高。 ② 总压下率 实验表明，εⅡ ＝50%为 好，成品(110)[001]取向度最高，铁损最低。
第二次冷轧总压下率 P10/50