电工钢中的晶界偏聚

近年来，电工钢中的晶界偏聚问题已受到材料科学工作者的普遍关注。本文首先对杂质元素在晶界偏聚引起的一些有关的基本物理冶金现象做了简要介绍，进而对锡、锑改善无取向电工钢成品织构的作用，磷对无取向电工钢的脆化作用，硼、氮、硫在含硼高磁感取向硅钢中抑制初次晶粒正常长大的作用，锡、锑提高Ｈｉ－Ｂ取向硅钢中抑制剂的强度以及促进二次再结晶发展的作用进行了较为详细的讨论。     

常化温度对无取向电工钢50W300热轧板组织、织构和磁性能的影响

利用电子背散射(EBSD-electron back-scatting diffraction)检测分析技术和磁性能测量技术研究高牌号冷轧50W300无取向电工钢2.3 mm热轧板低温(820℃)和高温(920℃)常化对其组织、织构和电磁性能的影响。研究发现,920℃ 2min(45 m/min)常化时,电工钢成品的铁损最低,磁感最高。此时,电工钢卷外层晶粒组织发生脱碳并快速生长;次表层晶粒生长较为缓慢,晶粒尺寸较小,且均匀。中心层组织晶粒再结晶时,尺寸均匀。同时织构水平降低,表层织构慢散,次表层和中心层织构近似于冷轧织构,有利于电工钢磁性能的织构比例提高。     

成分与工艺对冷轧无取向低碳和低硅电工钢织构与磁性的影响

为确定中小电机用冷轧无取向电工钢合适的成分和工艺,研究了18炉钢的成品磁性。对289组实验数据回归分析得知提方硅、铝含量、加锡明显降低W_(15),提高卷取、常化、最终退火等温度或降低板坯加热温度使w_(15)降低。测出含锡低硅钢热轧板750℃卷取后锡在晶界大量偏聚,使成品织构改善,含锡钢常化应略低于锡均匀化温度,经高温卷取或低温卷取后常化制得的成品w_(15)达日本H14牌号,B_(50)高于H14约0.10T。无硅低碳电工钢最终退火应在口相区靠近A_1点的温度,制得的成品W_(15)达H20牌号,B_(50)比H20高约O.10T。     

铈对3.0%Si无取向电工钢磁性能的影响

实验室模拟CSP流程生产了添加铈元素的无取向电工钢,研究了0~0.015%Ce含量对3.0%Si无取向电工钢成品组织、织构、析出物和磁性能的影响。结果表明,适量的Ce能使钢中夹杂物聚集粗化,成品退火后,再结晶晶粒尺寸变大,{100}和{110}织构增多,{111}织构减少。本次实验条件下,3.0%Si无取向电工钢最佳Ce含量为0.0062%,此Ce含量下成品的铁损P15/50为2.75 W·kg~(-1),磁感B50为1.728 T。     

CSP生产高牌号无取向电工钢常化试验研究

以马钢CSP流程生产电工钢特点为基础,模拟了典型高牌号无取向电工钢(50W310)的生产过程,研究了常化温度对典型高牌号无取向电工钢(50W310)的组织、织构和性能的影响。结果表明:经过热轧板常化处理的成品磁性能完全达到国标要求;在实验室研究的热轧板常化温度范围内(900~1 050℃),随着常化温度的升高,热轧板晶粒尺寸逐渐增大;成品晶粒平均尺寸呈先增大后减小的趋势;成品中织构强度变弱,特别是{111}、{112}和{114}等织构明显减弱;成品铁损P15值呈先降低后升高的趋势,磁感B50值单调递增,但增幅较为缓慢。     

常化对含硅1.6%的无取向电工钢组织和织构的影响

 研究了常化对CSP流程生产的wSi=1.6%的无取向电工钢组织、织构和成品磁性能的影响。结果表明,经CSP流程生产,且在相同的冷轧及退火制度下,经1000℃×2min常化处理的wSi=1.6%的无取向电工钢热轧板,其最终退火成品的铁损P15/50比不常化试样下降了10.5%,磁感B50比不常化试样提高了2.5%;常化使wSi=1.6%的无取向电工钢成品的平均晶粒尺寸增大,成品铁损P15/50相应减小;同时,常化使wSi=1.6%的无取向电工钢成品中高斯织构的强度增加,γ纤维织构的强度减弱,这有利于成品磁感B50的提高。     

常化处理对1.1%Si无取向硅钢组织和性能的影响

针对Si的质量分数为1.1%无取向硅钢试验材料,通过980℃×140s常化和未常化处理,采用XRD、EBSD和磁性能测量技术对比分析了常化和未常化对1.1%Si无取向硅钢常化、退火态组织、织构与成品磁性能的影响。结果表明:980℃×140s常化处理使热轧组织增大约23μm,最终成品晶粒尺寸增大约12μm,均匀性提高;常化后的组织的{100}织构增强约3.0%,{111}取向织构减弱约2.6%,成品{100}织构增强约0.43%,{111}取向织构减弱约6.5%;硅钢磁感B50值提高0.021T,铁损P_(1.5/50)值降低0.34W/kg。     

钒对取向电工钢磁性能的影响

在取向电工钢中添加不同含量的合金元素钒,并通过铁损P_(17)和磁感B_8的测试与分析,研究了钒对取向电工钢磁性能的影响,发现:随钒含量从0增大至0.022%,取向电工钢的平均晶粒尺寸和铁损P_(17)先减小后增大、织构等级和磁感B_8先增大后减小、磁性能先提高后下降。钒含量超过0.020%将恶化取向电工钢的磁性能。取向电工钢中钒含量优选为0.008%,较未添加钒相比铁损平均晶粒尺寸减小14.29%、织构等级增大267.15%、P_(17)减小15.32%、磁感B_8增大13.09%。     

拉应力及Al、Cr在晶界的偏聚对无取向电工钢晶粒长大的影响

采用EBSD技术探讨了含Al、Cr无取向电工钢在拉应力作用下退火时晶粒长大过程中织构和晶界变化的规律,并分析了Al、Cr原子在晶界的偏聚行为。结果表明:在应力作用下晶粒生长时,Al或Cr的加入影响了该电工钢中主要织构组分{111}〈112〉、{111}〈110〉和{001}〈100〉的变化速率,尤其是原子半径与基体原子Fe相差更大的Al对这些织构组分的变化速率影响更大;在晶粒生长期间,Al或Cr的加入和应力的施加对这些织构组分的高取向差角度晶界频率的变化速率也有影响。     

常化温度对冷轧无取向硅钢薄带磁性能和织构的影响

研究了常化温度对冷轧无取向硅钢薄带磁性能和织构的影响.结果表明,冷轧无取向硅钢薄带生产过程中采用常化工艺能够降低高频铁损值,在900～950℃温度范围内常化能够降低成品硅钢中γ织构不利组分的强度,同时提高{100}面有利织构的强度.过高温度下常化会使成品晶粒尺寸偏大,导致涡流损耗增加,对冷轧无取向硅钢薄带的磁性能不利.     

稀土铈对2.9%Si无取向硅钢磁性能的影响

 摘 要： 为了获得磁性能优良的高牌号无取向硅钢,系统地研究了稀土铈对2.9%Si无取向硅钢中夹杂物的变质及粗化,退火板的组织、织构及磁性能的影响规律。结果表明：钢中添加适量（质量分数0.005 5%）的铈能使夹杂物聚集粗化,最终使成品再结晶晶粒尺寸增大,有利织构组分{100}和{110}面织构增多,不利织构组分{111}面织构减少,磁性能达到最佳。但是当铈添加过量（质量分数0.019%）时,其作用反而相反。     

CSP与传统工艺生产无取向电工钢的组织和织构对磁性能影响的对比分析

 摘 要：本文对CSP工艺及传统工艺流程下再结晶退火织构和组织对成品磁性能的影响进行了对比分析,结果发现：同牌号的无取向电工钢,CSP流程生产的成品组织尺寸大、铁损低;CSP工艺流程的再结晶退火织构具有高的{100}<0vw>有利织构组分,较低的不利织构{111}组分;CSP流程生产的无取向电工钢磁性能得到明显提高,磁感B50值提高约0.02T。     

大压下率冷轧无取向硅钢织构演变及性能

组织和织构是影响无取向硅钢性能的重要因素。为改善产品性能,研究了冷轧压下率(71.7%~87.0%)对高牌号无取向硅钢组织、织构、磁性能和力学性能的影响。结果表明,随冷轧压下率的增加,退火晶粒平均尺寸先减小后增大;高斯和立方织构强度减弱,γ纤维织构增强,α纤维织构转变为较强的α*({ h, 1, 1}〈1/h, 1, 2〉)织构,并随冷轧压下率的增加而增强,同时其峰值逐渐向{111}面移动;工频铁损P1.5/50、高频铁损P1.0/400和磁极化强度J5000同时降低,屈服强度变化不大,表面硬度逐渐增加。当冷轧压下率由84.7%增至87.0%、厚度减至0.30 mm时,高频铁损降幅是工频铁损的11倍,表面硬度增幅变大。以上研究成果对硅钢减薄后织构及组织的优化提供了很好的指导。     

热轧工艺对无取向硅钢组织结构和磁性能的影响

研究了热轧加热温度、终轧温度、卷取温度对w(Si)=1.50%无取向硅钢晶粒组织、织构演变、铁损和磁感的影响.结果表明,随着铸坯加热温度的提高,冷轧无取向硅钢成品晶粒尺寸减小,有利织构组分增加,铁损增加,磁感提高.提高终轧温度可以促进热轧板的再结晶,增加成品中有利织构组分,降低铁损,提高磁感.卷取温度对成品的晶粒大小没有显著的影响,但提高卷取温度能增加成品中有利织构组分,降低铁损,提高磁感.     

Effect of Heating Rate on Microstructure Evolution and Magnetic Properties of Cold Rolled Non-Oriented Electrical Steel

The effects of heating rate (ranging from 50 to 300 ℃/s) during the final annealing process on microstructure evolution and magnetic properties of cold rolled non-oriented electrical steel were investigated. It was found that increasing heating rate increased the nucleation temperature and complete recrystallization temperature. At the same time, heating rate increasing could cause the substantially refined structures for the recrystallization grains and this grain refinement would decline when the heating rate was beyond 50 ℃/s. The recrystallization texture exhibited pronounced improvement with heating rate, such as the intensity decrease of 111ND (normal direction) fiber and the intensity increase of {110}001 Goss texture component. The texture improvement and grain size refinement caused by heating rate increasing resulted in complicated variation of the magnetic properties. The magnetic induction (B50) keeps increasing while heating rate increases from 15 to 300 ℃/s which is due to the recrystallized texture optimization caused by rapid heating. The core losses (P1.5/50) decrease while heating rate increases from 15 to 100 ℃/s; however, the core losses would increase when heating rate is higher than 100 ℃/s, which is caused by the mean grain size refinement after rapid heating annealing. The results indicate that recrystallization texture and the magnetic properties of the non-oriented electrical steel can be improved definitely by rapid heating during the final annealing treatment.     

Effect of lanthanum content on microstructure and magnetic properties of non-oriented electrical steels

The effect of lanthanum content in the range of 0-0.011 wt.%,on the inclusion size distribution,microstructure,texture and magnetic properties of three non-oriented electrical steels was studied.After final annealing,lanthanum effectively inhibited the precipitation of MnS precipitates in steel,the formations of La2O2S and LaS inclusions not only acted as nuclei of AlN precipitates,but also combined with Al2O3 and formed composite inclusions with larger size.Grain size firstly increased and then decreased with lanthanum content increasing.Steel containing 0.0066 wt.% lanthanum obtained the largest grain size,the strongest {110}<110> texture and the weakest {112}<110> texture among all the tested steels.Magnetic flux density firstly increased and then decreased,core loss firstly dramatically decreased and then slightly decreased with lanthanum content increasing.Among the three tested steels,steel with 0.0066 wt.% lanthanum demonstrated the best comprehensive magnetic properties mainly through the development of favorable texture and appropriate final grain size.     

Cr对含Nb高强无取向硅钢组织、织构及性能的影响

 高强无取向硅钢主要应用于高速电机,要求其具备高强度和优异磁性能,但目前无取向硅钢的磁性能和强度难以兼顾。因此,设计并制备了添加微量Cr的含Nb高强无取向硅钢,通过光学显微镜、EBSD、万能拉伸试验机、四探针测试仪和磁性能测量仪等研究了Cr对含Nb高强无取向硅钢微观组织、织构、力学性能及磁性能的影响。结果表明,添加质量分数为0.5%的Cr抑制了热轧组织的回复,使常化和退火组织再结晶减弱,常化和退火后有利织构面积分数增加,不利织构面积分数减小。添加质量分数为0.5%的Cr使含Nb无取向硅钢的屈服强度显著增大,磁感略升高,但对铁损几乎没有影响。Cr对屈服强度的影响一方面是由于Cr的固溶强化作用,另一方面Cr促进了Nb的析出而使Nb的析出强化效果增强;而Cr提高含Nb高强无取向硅钢的磁感主要是由于促进有利织构形成的同时抑制了不利织构的形成,使得织构因子增大;添加Cr使无取向硅钢的电阻率增加从而使铁损降低,同时Cr促进了Nb的析出,而这种富Nb析出相不仅抑制晶粒长大且会阻碍磁畴移动而使铁损增高,在两方面因素的综合作用下,添加质量分数为0.5%的Cr对含Nb高强无取向硅钢的铁损几乎没有影响。因此,含Nb高强无取向硅钢中添加微量Cr,会由于Cr的固溶作用以及其促进Nb的析出而提高钢的强度并提高钢的综合磁性能。     

稀土对冷轧无取向电工钢成品组织和磁性能的影响

在220mm×1280mm弧形连铸机通过自动喂丝机经金属耳管向结晶器电工钢水(/%:≤0.005C、2.0～2.6Si、0.20～0.30Mn、0.008P、0.001～0.009S、0.15～0.40Al、≤0.0010[O])喂稀土丝。通过光学、电子显微镜,系统地研究了钢中稀土含量(0～0.45%RE)对0.5 mm退火的冷轧无取向电工钢成品组织和织构、夹杂物形态和分布,以及磁性能的影响。结果表明,当钢中稀土含量为0.008%～0.020%时,能有效控制细小夹杂物的有害影响,促进退火成品晶粒尺寸增大,增强有利织构组分,显著地改善了冷轧无取向电工钢成品的磁性能。     

冷轧无取向硅钢的织构和组织性能分析

分析和讨论了国内外牌号为50W800和50W600，50H1300，50A1300的4种普通冷轧无取向硅钢的成分、组织、织构对磁性的影响。根据织构取向分布函数(ODF)分析结果，得出为获得高的无取向硅钢磁性能，硅钢除具有高的纯净度，低的夹杂物含量，组织均匀、晶粒细小外，应控制产品形成{HKL}面织构，尤其是{100}面织构，以便同时降低铁损和提高磁感。