電工鋼亦稱硅鋼片,,其發(fā)展有一百多年的歷史,,冷軋電工鋼包含取向電工鋼和無取向電工鋼,無取向電工鋼主要用作大中型電機、發(fā)電機以及家用電機和微電機、鎮(zhèn)流器和小型變壓器等的鐵芯,。無取向電工鋼的主要磁性能要求是低比總損耗和高磁極化強度。低比總損耗可以節(jié)約大量電能,,延長電機工作運轉(zhuǎn)時間,。高磁極化強度意味著磁化能力強,鐵芯的激磁電流降低,,比總損耗和銅損都降低,。比總損耗和磁極化強度不僅與化學(xué)成分有關(guān),而且與其內(nèi)部組織有關(guān),。為了深入了解無取向電工鋼的特性,,以便于更好地指導(dǎo)生產(chǎn)和提高產(chǎn)品質(zhì)量,,筆者根據(jù)江蘇西城三聯(lián)控股集團冷軋薄板廠近年來的生產(chǎn)數(shù)據(jù),全面研究了冷軋無取向電工鋼牌號W600,、W800,、W1300的成分,、組織與性能之間的關(guān)系,,以期為后續(xù)冷軋無取向電工鋼的生產(chǎn)提供參考?! ?br />
冷軋無取向電工鋼的成分
該廠生產(chǎn)的冷軋無取向電工鋼板牌號涉及W600,、W800、W1300,,鋼板厚度均為0.5mm,。三者化學(xué)成分的統(tǒng)計平均值見表1。從表1不難看出,,3個牌號電工鋼均為超低碳無取向電工鋼,,三者成分的主要差別在于硅和鋁含量有所不同?! ?/p>
在無取向電工鋼中,,硅具有提高電阻率,降低比總損耗的作用,,但硅是非磁性元素,,硅降低飽和磁化強度,相應(yīng)降低磁極化強度,,對磁性不利,。同時,過高的硅含量會使鋼變脆,,導(dǎo)致冷加工困難,,因此,一般冷軋電工鋼硅含量上限控制在3.0%左右,。鋁的作用與硅相似,,鋁能縮小γ相區(qū),粗化晶粒,,提高電阻率,,減小磁各向異性,降低比總損耗,,同時也降低磁極化強度,,而對鋼的強度和硬度的影響又不像硅那樣明顯。硅和鋁均通過控制晶粒尺寸或織構(gòu)來控制無取向電工鋼的力學(xué)性能和磁性能,?!?/p>
冷軋無取向電工鋼的性能
冷軋無取向電工鋼的力學(xué)性能與磁性能,。3個牌號的無取向電工鋼的組織晶粒度、力學(xué)性能,、磁性能均值見表2,。根據(jù)表2的數(shù)據(jù),筆者繪制不同牌號無取向電工鋼的組織晶粒度,、力學(xué)性能和磁性能曲線圖后發(fā)現(xiàn),,牌號W600、W800,、W1300無取向電工鋼的晶粒度依次增大,,即晶粒尺寸依次減小,也即隨著(Si+Al)含量的增加,,冷軋無取向電工鋼的晶粒尺寸增加,,這里也體現(xiàn)了硅、鋁對電工鋼晶粒組織的粗化作用,?! ?/p>
牌號W600、W800,、W1300無取向電工鋼的抗拉強度依次降低,,由417MPa降低至366MPa。雖然W1300電工鋼的晶粒尺寸最細,,根據(jù)細晶強化理論可知,,晶粒越細,其強度應(yīng)該越高,,但由于W600的硅含量最高,,其固溶強化作用是最強的,其次是W800,,硅含量最小為W1300,,其固溶強化作用是最弱的。因此,,在這里,,細晶強化的作用不及硅的固溶強化作用強?!?/p>
牌號W600,、W800、W1300無取向電工鋼的比總損耗依次增加,,其主要有三方面的原因:一是化學(xué)成分的影響,,二是晶粒尺寸的影響,三是來自織構(gòu)的影響,。硅,、鋁含量越高,,其比總損耗越低。晶界出的點陣是畸變的,,晶體缺陷(空位和位錯)多,,內(nèi)應(yīng)力大,平均晶粒直徑大,,晶界所占面積減小,,因而比總損耗降低。另外,,鋁可使{100}組分增高和{111}組分減少,,{111}織構(gòu)組分越少,無取向電工鋼的比總損耗越低,。無取向電工鋼W600的晶粒尺寸最大,且硅,、鋁含量最高,,因此其比總損耗最小,W1300的晶粒尺寸最細小,,且硅,、鋁含量最低,因此其比總損耗最大,,W800晶粒尺寸和硅,、鋁含量居中,因此其比總損耗也居中,?!?/p>
牌號W600、W800,、W1300無取向電工鋼的磁極化強度依次增加,。影響磁極化強度的主要因素為化學(xué)成分和晶體織構(gòu),隨著Si+Al含量的增加,,鋼的{111}織構(gòu)增強,,無取向電工鋼的磁極化強度相應(yīng)降低?! ?/p>
無取向電工鋼的硬度變化趨勢與抗拉強度的變化趨勢是一致的,,硬度反映了鋼的沖片性能。硅含量越高,,鋼的硬度越大,,沖片性降低,但鋼的硬度過低,,沖片的毛刺增大,,沖片尺寸不精確,。沖片性能良好的鋼,其合適的硬度為130HV~180HV,。
化學(xué)成分與晶粒度對冷軋無取向電工鋼磁性能的影響,。筆者根據(jù)無取向電工鋼W800的化學(xué)成分與晶粒度及比總損耗情況分別繪制Si+Al、晶粒度與比總損耗的散點圖(圖1,、圖2)后發(fā)現(xiàn),,隨著Si+Al含量的增加,無取向電工鋼的比總損耗降低,。由圖2可以看出,,隨著晶粒度級別的增加,無取向電工鋼的比總損耗增加,,即晶粒尺寸越細,,比總損耗越大,且二者的線性關(guān)系很強,。這說明比總損耗對晶粒尺寸很敏感,,因此,控制無取向電工鋼板的晶粒尺寸是控制比總損耗最直接,、最有效的方法,。
冷軋無取向電工鋼的組織特征
W600,、W800,、W1300的金相顯微組織基本上為鐵素體,W1300出現(xiàn)少量的三次滲碳體,,三者的鐵素體晶?;緸榈容S晶,晶粒分布比較均勻,,但晶粒大小并不均勻,。3個牌號的無取向電工鋼組織均存在這種現(xiàn)象,一部分晶粒較大,,一部分晶粒比較細小,,且個別細小的晶粒呈現(xiàn)出3邊形或4邊形,并且晶界呈現(xiàn)彎曲狀,,這些特征都表明晶粒不穩(wěn)定,。一般情況下,晶粒的穩(wěn)定形式應(yīng)該是等邊六邊形,,這就必須滿足兩個條件:一是晶界為直線,,二是其夾角為120°,二者缺一不可,。出現(xiàn)上述3邊形或4邊形且晶界并不平直的這種不穩(wěn)定的晶粒組織,,可能是退火過程不充分造成的,,具體原因有待進一步深入研究?! ?/p>
無取向電工鋼W600,、W800、W1300晶粒尺寸依次減小,,其主要原因為W600,、W800、W1300的Si+Al含量依次減小,,而在無取向電工鋼中硅,、鋁具有粗化晶粒的作用?! ?/p>
綜上所述,,對于冷軋無取向電工鋼而言,化學(xué)成分和顯微組織對其力學(xué)性能和磁性能都具有重要影響,。隨著Si+Al含量的增加,,冷軋無取向電工鋼的組織晶粒尺寸隨之增加,而比總損耗隨之降低,,磁極化強度也隨之降低。冷軋無取向電工鋼中,,硅的固溶強化作用遠大于鋼中細晶強化的作用,。冷軋無取向電工鋼的強化機制中,固溶強化占主導(dǎo)地位,。比總損耗對無取向電工鋼的晶粒尺寸十分敏感,,控制無取向電工鋼板的晶粒尺寸是控制比總損耗最直接、最有效的方法,。