硅鋼的熱處理

1、第三節(jié)硅鋼的熱處理一硅鋼的熱處理知識硅鋼實際上就是鐵硅合金，硅鋼的熱處理就是研究硅鋼性能與加熱溫度，時 間和爐內(nèi)氣氛以及冷區(qū)之間的關(guān)系的一門學(xué)科。因此可以說硅鋼的熱處理就是鐵 一硅合金在加熱，保溫，冷卻以及爐內(nèi)氣氛作用下，改變硅鋼的組織結(jié)構(gòu)，從而 獲得所需要的性能的工藝加工方法。冷軋硅鋼帶除了熱軋卷的常化退火外，冷軋后還需要進(jìn)行多次各種形式的熱 處理。中間脫碳退火，消除加工硬化退火，氧化鎂隔離涂層烘干處理，高溫環(huán)行 爐及罩式爐退火，拉伸熱平整退火，成品退火以及絕緣層烘干燒結(jié)處理等。在這 里根據(jù)鐵一硅合金平衡相圖來進(jìn)行說明：十九世紀(jì)末所使用的軟磁材料大多采用工業(yè)純鐵，其鐵芯的鐵損值很大，磁 感在

2、10000高斯以下，而鐵芯損值36W/kg。所以生產(chǎn)出來的發(fā)電機(jī)，電動機(jī) 以及變壓器等體積大，質(zhì)量差，效率底。后來發(fā)現(xiàn)，加入少量的硅以后，能使磁 感提高，而鐵損大為降低。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，硅對磁感的高低起著決定的作用，這是 因為：硅可以提高導(dǎo)磁率，減小矯頑力，降低磁滯損失；硅可以縮小Y區(qū)，降低渦 流損失；同時硅還可以促進(jìn)碳的石墨化，減少碳對磁性的有害影響。由于硅有上 述作用，鐵一硅合金現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于電機(jī)，變壓器以及通訊工業(yè)上。通常用的硅 鋼片就是FeSi二元合金，其它雜質(zhì)很少，其平衡相圖如圖1所示。所以含Si量增加，鐵損P降低，而磁感B增加，但是脆性增大，加工難度 大，成型困難，一般無硅電工鋼含硅量

3、在0.3%以下，低硅電工鋼硅含量在0.3 0.8%，中硅電工鋼硅含量在0.82.4%，高硅電工鋼硅含量在2.53.4%以內(nèi)。從Fe-Si二元合金平衡圖中可以看到，左邊部分對生產(chǎn)硅鋼特別有用，當(dāng)硅 含量低于15%時，大部分都是單相的a -鐵，a -鐵為體心立方結(jié)構(gòu)。在廣大的a -鐵單相區(qū)中間有一個Y 一鐵區(qū)域（Y圈）Y鐵具有面心立方結(jié)構(gòu)。它只有當(dāng)硅 底于2.5%且溫度在900以下時才存在，而低溫時仍然是。-鐵。在丫 一區(qū)和a 區(qū)間是狹窄的二相區(qū)。如果硅鐵合金中，增加少量的碳，就可以伽 區(qū)擴(kuò)大，a +Y二相區(qū)亦相應(yīng)地變寬，（見圖2所示），由該圖中可以看出，隨著硅含量的增 加，磁性轉(zhuǎn)變溫度（即居里點

4、）曲線就下降。硅對鐵一硅合金的性能有很大的影響，即使少量的硅也會十分顯著地改變鐵 一硅合金的物理性能和機(jī)械性能。硅加入鐵中能提高硬度和強(qiáng)度，而延伸率及沖 擊韌性會降低，硅對脆性特別敏感，以致使加工造成很大困難。(Si%)(Si%)1-a +y +碳化物（0.07%的碳）2-a +碳化物 3一磁性轉(zhuǎn)變圖2微量碳對鐵碳相圖a、y相界線的影響冷軋硅鋼片的含Si量一般都在3.5%以下、含Si量越高，脆性越大，軋制 成型就越困難。而對于熱軋硅鋼片的含Si量一般在5%以下。這是因為Fe-Si 合金的塑性與溫度有密切的關(guān)系，如含Si量為4.5%的硅鋼在常溫下很脆，但 是加熱到100C左右，就能進(jìn)行軋制了，下

5、圖3表示了不同含硅量在各種溫度時 的塑性狀態(tài)。曲線以上為塑性區(qū)，曲線以下為脆性區(qū)。當(dāng)鐵一硅合金純度高含碳 量少時，硅的含量超過2.5%就不存在晶格轉(zhuǎn)變的Y相?？墒钱?dāng)含有少量碳時， 就擴(kuò)大了。+Y的區(qū)域范圍。如圖2是含有微量碳硅鐵相圖。從圖中可以看出， 當(dāng)含有0.07%的碳時a +Y區(qū)域是兩虛線所表示的范圍。當(dāng)含有0.01%的碳時， a +y區(qū)域是兩實線所表示的范圍。生產(chǎn)硅鋼片時，在磁性發(fā)揮的最終退火中， 如果Y相的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行退火時，會使磁性變壞，所以必須以Y相以下的溫度 進(jìn)行退火。如果含碳量高，a +y的范圍擴(kuò)大了，將影響到硅鋼片合適的溫度范 圍。冷軋無取向硅鋼片依靠時間的連續(xù)退火來使它發(fā)

6、揮磁性，但含硅量越高的硅 鋼就越能夠用高溫進(jìn)行退火所以取向硅鋼片依靠高溫長時間在環(huán)形爐或罩式爐 中退火來使它發(fā)揮磁性，因此取向硅鋼含硅量必須大于2.5%，這樣y相才不復(fù) 存在。圖3含Si量對磁性的影響二、取向硅鋼熱軋卷?；嘶鹨话闳∠蜾摚≦材）的熱軋卷常化退火。一般取向鋼的熱軋卷是不通過常化退火的，但是有時根據(jù)性能及規(guī)格的需 要，也可以進(jìn)行?；嘶鹛幚?。通過常化，使熱軋板卷的碳分布均勻，并使熱軋的晶粒組織也進(jìn)一步均勻化， 從而減少成品磁性的不均勻性，起著改善磁性的作用。一般取向硅鋼通過?；?火，起成品性能可以提高1/41/2個牌號等級。對降低鐵損P15/50有明顯效果。一般取向硅鋼常化與不常

7、化退火，對成品磁性的改善，有著密切的關(guān)系，見 圖4所示。由圖中可以看出，有些熱軋卷原來組織好的通過?；幚恚Y(jié)果成品 鐵損變壞了，有些原來組織不好的，經(jīng)過常化處理，鐵損變好了。所以對一邊取 向硅熱軋卷，原來組織不均勻，通過?；幚砜梢缘玫窖a(bǔ)救，如果煉鋼成分控制 得適當(dāng)，熱軋廠工藝嚴(yán)格控制，一般取向硅鋼熱軋卷可以省去?；幚?。1經(jīng)過?；幚?未經(jīng)過?；幚砀叽鸥腥∠蚬桎?QG)的常化退火。高磁感取向硅鋼是以MnS+AlN為抑制劑的，熱軋卷的常化退火，對其有特殊 的作用，目前生產(chǎn)的高磁感取向硅鋼?；嘶疬€是一道必須的工序，否則將生產(chǎn) 不出高磁感取向硅鋼的牌號。QG才由于有AlN的存在使AlN的有用

8、粒子必須以一定尺寸在最終冷軋前析 出，為了獲得AlN的合適尺寸，并控制其分布，鋼板的成分(C、Si、Al等)和 ?；瘻囟取r間及冷卻速度，作為a -Y相轉(zhuǎn)變的媒介物而相互有著密切地關(guān)系。熱軋坯經(jīng)過加熱和軋制后，熱軋卷中含有的AlN尺寸及分布有兩種，既有C 型AlN和A型AlN，C型AlN是熱軋過程中，高溫狀態(tài)下的析出物，它呈巨大盤 狀凝聚體，尺寸為20003000埃，此種AlN析出物對二次再結(jié)品不起作用，A 型AlN是在熱軋廠卷取后，低溫500700之間的析出物，粒度較小，尺寸在 200埃以下，這種AlN是在以后的熱處理過程中有用的氮化物。但是，熱軋卷中的A型AlN還不能直接對二次再結(jié)品起作用

9、，還必須對熱軋 卷進(jìn)行常化退火處理，將熱軋卷中的A型ALN進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使之邊成B型AlN，這 種B型AlN對二次再結(jié)品的好壞起著主導(dǎo)作用。熱軋卷中的C型ALN經(jīng)過HiB爐常化處理后，仍然是C型AlN，不發(fā)生變 化，保持原有形態(tài)。而A型AlN，經(jīng)過Hi-B爐后，轉(zhuǎn)化為B型AlN。在?；^程 中，A型AlN或其他氮化物(Si3N4等)都固熔在鋼中，成為固態(tài)，通過850400C 進(jìn)行快速冷卻處理時，A型ALN邊成了 B型AlN，這種轉(zhuǎn)化主要是在700850C 的范圍內(nèi)進(jìn)行的，其尺寸為200250埃。氮在Y相中的溶解度比在a相中大10倍，因此，當(dāng)a -y相轉(zhuǎn)變時存在著 溶解度差，由于相變時產(chǎn)生應(yīng)變能，就

10、使析出的B型AlN在型態(tài)上非常彌散和不 規(guī)則。其抑制力增強(qiáng)，提高了磁感值。這種B型AlN，在以后的脫碳退火中將進(jìn) 一步增多。在制訂QG材?；に嚂r，必須重點考慮以下幾個方面：、在不破壞熱軋組織的溫度范圍內(nèi)，常化溫度應(yīng)盡可能高。、要使AlN均勻細(xì)小的析出，并且彌散在晶界邊緣，必須采取快速急冷 的辦法。、在?；嘶鹬袘?yīng)該不脫碳。（4）、均熱時間不宜過長否則MnS聚集、品料長大、不利于以后成品磁性 改善。取向硅鋼Q材及QG材熱軋卷的織構(gòu)：以MnS作為有利夾雜的一般取向硅鋼Q材熱軋卷的結(jié)構(gòu)：表面層：主要是1 0 0（0 1 1）、1 1 0（0 0 1）為主。中心層：主要是0 0 1（0 0 1）；以

11、MnS作為有利夾雜的QG材熱軋卷結(jié)構(gòu)：表面層：主要是1 1 0（0 0 1）、1 0 0（0 1 1）為主。中心層：主要是1 1 2（1 1 0）、1 1 1（1 1 0）、1 1 1（1 1 2）、1 0 0（1 1 0）、1 1 0（0 0 1）；由以上可以看出以MnS作為有利夾雜的一般取向硅鋼，采取二次冷軋法及二 次退火法，其目的是減少鋼帶內(nèi)0 1 1（0 0 1）結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生更多的高斯結(jié)構(gòu)品 粒。如果冷軋壓下率過大或過小，高斯結(jié)構(gòu)將減弱甚至幾乎不能形成，將影響到 成品的磁性，由此可見冷軋的壓下率對磁性的影響是很大的。以MnS+AlN作為有利夾雜的高磁感取向硅鋼采用一次強(qiáng)壓下冷軋法，其目的

12、 是具有強(qiáng)抑制劑的情況下，采用大壓下，使熱軋板內(nèi)偏離軋制方向的哪些110 （0 0 1）轉(zhuǎn)變?yōu)閯e的結(jié)構(gòu)，而偏離軋向小的哪些1 1 0（0 0 1）結(jié)構(gòu)不發(fā)生 變化。這樣就可以獲得方向好的高斯結(jié)構(gòu)基體，同時在基體中的1 1 1（112） 結(jié)構(gòu)增加，由于這種結(jié)構(gòu)與1 1 0（0 0 1）結(jié)構(gòu)有一條共邊（0 1 1），所以有 利于1 1 0（0 0 1）的發(fā)展。在有利夾雜抑制力強(qiáng)時，可以適當(dāng)提高二次冷軋壓下率，這是因為適當(dāng)提高 二次冷軋壓下率后可以使一次品粒均勻，使鋼帶表面的1 1 0（0 0 1）結(jié)構(gòu)增 強(qiáng)，降低二次再結(jié)品的溫度，使二次再結(jié)品的孕育期短等優(yōu)點，這樣可以獲得取 向度高的成品，但要注意

13、，有利夾雜的抑制不強(qiáng)時，不能提高二次壓下率。三、無取向硅鋼熱軋卷的常化退火在熱軋后卷取時由于快速冷卻，鋼卷頭尾溫差較大，就鋼帶厚度方向看，表 面和中心層品粒組織不均，所以整個鋼卷各部位的品粒組織是不均勻的，特別是 無取向硅鋼的高牌號，鋁含量比較高，在熱軋后的鋼帶中析出一部分成品磁性有 害影響的彌散的AlN。通過Hi-B爐?；幚砗?，可使晶粒組織均勻，并使AlN 進(jìn)一步聚集長大，不至于在以后的熱處理中對晶粒長大起抑制作用。在這一點上， 無取向的熱軋卷?；幚淼淖饔门c高磁感取向硅鋼的作用恰好相反。在制訂無取向?；に嚂r，主要應(yīng)考慮以下兩個目的，即品粒均勻和AlN聚 集長大。這就要求溫度越高越好，但

14、溫度過高會使晶粒長得太大，使軋制成型困 難，常會了生脆性斷帶，邊裂等。因此?；瘻囟纫话憧刂圃?00-1000C之間， 隨著鋼中的Si和Al含量的增加，?；瘻囟葢?yīng)相應(yīng)降低。通過生產(chǎn)試驗證明，經(jīng)過常化處理與不經(jīng)過?；幚淼某善反判杂忻黠@提 高，鐵損P10/50可降低10-15%，磁感B50可提高100-500高斯，具體數(shù)據(jù)列入 表1中。表1W材?；c未常化處理磁性對照表厚度 (mm)狀態(tài)P10/50 (W/kg)W10W12W180.50未?；?.3311.3151.920常化1.1911.2701.6300.35未?；?.1581.2301.550?；?.0111.0741.450厚度 (mm)狀態(tài)B50（T）W10W12W180.50未常化1.6101.6351.640?；?.6251.6421.6780.35未?；?.6051.6251.630?；?.6181.6351.675從上表中可以看出，經(jīng)過常化退從處理的無取向硅