低铁损高磁感无取向系列电工钢的研制

低铁损高磁感无取向系列电工钢的研制

张新仁谢晓心

摘要：采用正交方案研究了不同、、、、、等元素组成试料及后工序主要工艺参数对磁性影响规律,提出了可供大生产试制范围、比现行对应各牌号普通硅钢高(≥～ )以上、适合作中小型高效电机铁芯材料的低铁损高磁感系列无取向电工钢成分及主要工艺参数组成方案。

关键词：高磁感低铁损无取向电工钢高效电机

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前言

随着电力、电器行业的进步,机电产品正朝着小型化、高精度化、高效率化方向发展,用普通冷轧硅钢片制造的铁芯难以满足要求,开发低铁损、高磁感冷轧无取向系列电工钢产品替代现行普通冷轧硅钢片是机电产品减小体积、减轻重量、节约铜铁消耗、提高效率的主要途径。目前,日本、美国、法国、德国和俄罗斯都在生产～、～的厚度规格低碳、低硅高磁感电工钢产品用来制造高效电机，其中,日本提出冷冻机和空调压缩机的电机效率要达到;美国年～小电机系列中已有是高效电机［］,并在年颁布的能源政策和节能法令中规定:自年月日起美国和北美地区不允许生产和使用一般效率电动机［］。

本研究以、为主要合金元素,辅以、等偏析元素微合金化,以进行的无害化处理,并调整组合常化、冷轧、退火温度及退火气氛、露点等后工序主要工艺参数,在确保基体电阻率的前提下,通过改善再结晶组织、织构,提高钢基抗内氧化能力,研制适合制作中小型高效电机铁芯的低铁损高磁感无取向系列电工钢。

试验方法

成分、工艺

试验钢成分中、、、、比分水平,设计调整范围:残量～、～、:残量～、:

残量～、比:残量～,各试料成分正交组合方案()见表。

表试料成分及试验工艺正交组合方案()

后工序主要工艺参数分水平,其设计调整范围常化温度为～℃;退火温度为～℃比为～;增湿水温为室温～℃。各试料试验工艺正交组合方案()见表。

试验方法

本研究及对比试验钢用真空感应炉熔炼,钢锭烧透经锻造开坯成××(单位),锻坯经～℃× 加热,在可逆式轧机上轧成厚热轧带,热轧带经常化退火后酸洗,由φ 轧机一次法冷轧,目标厚度按控制,将冷轧板切成×(单位)艾卜斯坦试片,经脱碳再结晶退火至成品。

为验证本研究结果,取现场大生产铸坯重熔,进行工艺、磁性性能对比,其编号为“”。

工艺补充试验

在完成一个周期全部试验后,取号试料及号对比料进行后工序工艺补充试验,工艺补充试验方案见表。

表工艺补充试验方案

检验分析

试验料均进行、、、、、、、、、分析,成品样进行、、、测定,磁性结果为艾卜斯坦双片纵向值。

为调查成分因素对磁性的影响,用每种试料全部试验结果的算术平均值进行了正交分析;为调查工艺因素对磁性的影响,对每种试料的种工艺试验结果进行了正交分析:为深入研究,对每种试验料中的典型试样用金相、—光衍射、电镜进行了分析,其中部分试样还进行了图象仪、膨胀仪测定。

结果分析及讨论

磁性

试料的平均、值及其最大值、最小值见表,工艺补充试验结果见表。

表种试料平均磁性

表工艺补充试验结果

试料方案

由表、表可以看出,本研究试料的平均值大部分与普通无取向硅钢中间牌号相当,少数试料已接近高牌号,而其磁感则均较相应牌号高以上,比目前武钢已开发出的高效电机钢、还要高以上。若成分、工艺按最佳方案组合,预计铁损、磁感还将有进一步改善。

成分与性能

实际冶炼试料成分较正交设计方案因数水平的组成目标值有一定波动,其中比值在～范围之间,偏离设计水平组合较大,进行正交分析时将其剔除。、、、等个因素水平的极差分析见图～。

图成分因素水平对铁损的影响

图成分因素水平对磁感的影响

由图～可以看出,成分因素水平影响铁损显著性顺序是＞＞＞,影响磁感显著性顺序是＞＞＞。

对和值的影响与已知的规律完全相同,即随着含量的增加铁损显著下降、磁感也明显恶化。

对磁性的影响与不同,在～水平范围内降低铁损的同时还能提高磁感;至水平时获得最低铁损,磁感有所降低;至水平时铁损、磁感则同时恶化。究其原因是在合适范围内随其含量的提高,可提高电阻率、改善织构,即降低铁损又不明显恶化磁感［］,当含量过高、含量水平较低时,较高的热处理温度将会导致某些成分偏析区发生α→γ相变,破坏再结晶及再结晶织构,恶化成品磁性。本研究部分试料相转变点分析见表。

表部分试料相转变点

相变点温度℃

试料

在℃范围内没发生相变

在℃范围内没发生相变

在本研究范围内随其因素水平的提高,磁感、铁损同时得到改善,有利作用十分明显。可以认为在显著提高电阻率的同时,又可发展成品再结晶织构,与以往的研究结果［］一致。

对磁性的影响特征与十分类似,但比作用更强烈。金相分析表明,在其他各元素含量相近时,含钢晶粒均匀、晶界平直,尤其是成品表面层无内氧化,见图。图象仪分析表明,含钢平均晶粒尺寸较大,且晶粒直径分布(用晶粒面积的几何重心标定)与其距表面深度不相关。—光衍射分析表明,含钢有利织构组分明显增强。进一步证实文献［］的研究结果是可信的。

()不含()含

图晶粒晶界形貌

综合分析还表明,在、合金元素含量水平一定,且后工序工艺参数相同时、复合添加较单一添加对改善金相组织和织构参数、提高磁性水平的效果更加显著,其作用机制有待进一步研究。部分试验金相、织构特征参数及磁性比较见表。

表部分试验金相、织构特征参数及磁性比较

试样号合金含量晶粒

织

构

.

面积周长直径

表层

内氧化

主织

构

σσσ

(

)

(

)

(

)微量√轻

×√严重

√√无

√×无