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原材料相关

硅钢分类及工艺介绍

发布时间:2018-09-14   来源:每天学点热处理  

  1、硅钢的分类

  硅钢是指含硅1.0~4.5%,含碳量小于0.08%的硅铁合金,具有导磁率高、矫顽力低、电阻系数大等特性,因而磁滞损失和涡流损失都小,主要用作电机和变压器的铁芯,是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要软磁合金,也是一种节能的重要金属功能材料。

  含硅量超过3.5%的硅钢一般称为高硅钢。众所周知,硅钢片中的硅含量对

  产品的特性(如:磁感应强度和铁损)影响很大。研究表明:随着硅含量的增加,硅钢片的电阻率增大,矫顽力、磁致损耗、涡流损耗和铁芯损耗减小,最大磁导率提高,从而在较高频率下表现出优良的磁性。含硅量在6%~8%的硅钢有最优异的软磁特性,这是因为合金中随着硅的增加,铁素体的发育得到促进,因而钢的初始导磁率和最大导磁率也逐渐增强,并在6%~8%处出现峰值,使得磁滞损耗大为降低;硅含量在7%~12%时,硅钢的电阻率也达到最大值,与非晶合金相当,这使得涡流损耗降至最低;硅含量的增加,还使硅钢的磁致伸缩率减小,并在6.5%时降为零,从而表现出比其他软磁材料更优异的磁性能。

  按制造工艺和用途硅钢可分为热轧硅钢、冷轧硅钢和特殊用途硅钢三大类,其硅含量、主要用途见下表1。

        2、取向硅钢

  取向硅钢也称为Goss取向冷轧硅钢,其硅含量一般在2.8%~3.4%之间,是1933年美国的戈斯( N. P. Goss) 首次研发成功的。根据磁感应强度的高低,可将取向硅钢分为普通取向硅钢和高磁感取向硅钢两类:普通取向硅钢的磁感应强度约在1.80~1.84T,一般简称为CGO钢;而磁感应强度高于或等于1.88T则称为高磁钢取向硅钢,简称Hi-B钢。

  1977年我国冶金部在引进日本技术的基础上成功研制了Hi-B钢,同时证明了Cu含量低于0.26%时,二次再结晶更完善,磁性更好。1979-1981年开发了AlN+Sb为抑制剂的Hi-B钢,其板坯加热温度可降低至1250℃。1987-1989年在Hi-B钢中添加Sn和Cu元素,采用二段式常化和冷轧时效工艺,性能可达到Z7H高牌号。武钢在掌握了日本技术后,Hi-B钢的生产技术突飞猛进,在1982年已达到世界水平,其成材率高达80%-85%,牌号合格率在80%以上。时至今日,我国仅武钢、宝钢和鞍钢能够稳定地生产Hi-B钢,但生产技术、数量和产品质量仅能代表20世纪90年代的国际水平,仍处于技术落后的状态。表2为我国主要几家Hi-B钢生产厂家的技术工艺:

        3、CSP工艺简介及在取向硅钢生产技术中的应用

  3.1 CSP工艺的特点及优势

  CSP全称为Compact Strip Production,属于一种典型的薄板坯连铸连轧工艺。全球首条CSP生产线是美国Nucor Steel Corp.Craw fordsville钢厂在1989年投产的,随着该领域研究者的不断摸索,CSP技术的应用越来越广。CSP工艺实现了将铸造、均热和热轧融为一体,以其独特的优势不断改进传统热轧带钢的生产工艺,被认为是节能降耗和精简工艺重要的技术手段之一。下图1为CSP工艺流程图。

        3.2 CSP工艺生产取向硅钢的技术难点

  目前,采用CSP工艺生产取向硅钢最大的技术难点在于如何保证足够的抑制剂强度。在取向硅钢初次退火过程中,需要足够数量的细小弥散分布的抑制剂来抑制初次再结晶晶粒的长大,从而得到细小的铁素体晶粒。在高温二次再结晶退火过程中,具有{110}<001>位向的Goss晶粒能够解钉并吞并其它位向的晶粒而发生异常长大。由于CSP工艺在轧制、加热温度方面都与传统工艺不同,使得抑制剂析出状态也不同。传统工艺为保证得到大量细小而弥散的抑制剂,一般将铸坯加热至1400℃左右,而CSP工艺加热温度仅为1150℃到1200℃,尽管CSP工艺能得到较为细小的抑制剂粒子,但温度的降低仍会使得抑制剂数量上存在不足。因此,如何选取CSP工艺下的抑制剂极为关键。

  在低温加热技术中,由于MnS固溶温度很高(约1320℃),一般选用固溶温度较低的AlN和Cu2S,并辅以Sn、Sb等元素作为抑制剂粒子。而CSP工艺除温度低外,其组织和织构特点均有别于传统工艺,抑制剂粒子的析出特点也不同于常规的低温加热工艺。目前采用CSP工艺生产的取向硅钢大都需在后期进行渗氮处理,以形成(Al,Si)N作为获得抑制剂,保证抑制效果。在渗氮处理过程中,需考虑渗氮温度、渗氮时间及其与脱碳退火的先后顺序,形成足够数量的氮化物以改善前期抑制剂的不足。

  除抑制剂的影响外,由于CSP热轧板组织和织构自身的特点,传统热轧板的常化、冷轧以及退火等工艺均不完全适用于CSP热轧板,这种薄板坯连铸连轧过程形成的组织和织构的演变规律仍需进一步摸索,以制定符合CSP工艺要求的后续生产工艺,保证成品的磁性能。

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