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        ?;に噷?duì)無(wú)取向硅鋼熱軋組織和析出物的影響

        2022-09-26 14:52:38張旭東齊建波金自力吳忠旺
        山西冶金 2022年4期
        關(guān)鍵詞:熱軋板硅鋼再結(jié)晶

        張旭東,齊建波,金自力,吳忠旺

        (內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院,內(nèi)蒙古 包頭 014010)

        無(wú)取向硅鋼是含碳量低的硅鐵軟磁合金,主要用于制作在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下工作的電機(jī)鐵芯,是電力電子和軍工行業(yè)極為重要的軟磁合金材料[1]。無(wú)取向硅鋼磁性能受很多因素影響,如化學(xué)成分、晶粒尺寸大小、夾雜物大小及數(shù)量等。?;饕康氖鞘篃彳埌灏l(fā)生再結(jié)晶,使組織更均勻,粗化晶粒和析出物等,從而提高成品磁性能。因此,常化工藝對(duì)成品性能有重要影響。本文以含硅量2.6%的無(wú)取向硅鋼為研究對(duì)象,研究了常化過(guò)程組織和析出物的變化。

        1 試驗(yàn)材料及方法

        本實(shí)驗(yàn)鋼工藝參數(shù):開(kāi)軋溫度1 150 ℃,終軋溫度850 ℃,卷曲溫度650 ℃,熱軋板厚2.5 mm。?;に噮?shù):保護(hù)氣體為100%N2,空冷。成分如表1 所示。

        表1 試驗(yàn)鋼主要化學(xué)成分 %

        2 結(jié)果與討論

        2.1 熱軋板及其?;蟮慕M織特征

        如圖1 熱軋板在厚度方向上晶粒分布不均,表層為不規(guī)則且細(xì)小的晶粒,1/4 層為細(xì)小再結(jié)晶晶粒和變形組織的混合組織,中心為長(zhǎng)條變形晶粒[2]。這是熱軋過(guò)程中表層存在剪切應(yīng)力,而中心層則以平面壓縮為主,因此厚度方向上的變形較復(fù)雜。一方面,表層到中部有著明顯的溫度梯度,表層溫度低且剪切變形多,在熱軋卷曲過(guò)程中能夠保留較多應(yīng)變儲(chǔ)能,而中部溫度高、剪切變形弱,使得形變儲(chǔ)能降低,不足以發(fā)生再結(jié)晶,從而保留了大量的變形組織。

        圖1 不同?;に囅聦?duì)應(yīng)的金相組織

        熱軋板在940 ℃×5 min ?;蟀l(fā)生完全再結(jié)晶,晶粒長(zhǎng)大,但表層晶粒較小,平均晶粒尺寸為90 μm,主要集中在50~150 μm,其中50~100 μm 占60%,100~150 μm 占30%。970 ℃×5 min 后晶粒尺寸進(jìn)一步增大,且組織均勻,50~100 μm 占35%,100~150 μm占30%。1 000 ℃×5 min 后再結(jié)晶晶粒雖然增大,但中部發(fā)生了異常長(zhǎng)大,平均晶粒尺寸達(dá)到137 μm,200 μm 以上比例增加,對(duì)成品磁性能產(chǎn)生了消極影響。因此,970 ℃×5 min 為較佳工藝。

        2.2 熱軋板及其?;蟮奈龀鑫锾卣?/h3>

        無(wú)取向硅鋼中析出物的尺寸及分布對(duì)成品磁性能有著重要影響。其一是析出物的存在增大了周圍區(qū)域的位錯(cuò)密度,使磁疇結(jié)構(gòu)改變,析出釘扎磁疇,阻礙疇壁移動(dòng),進(jìn)而降低成品磁性能。其二是析出物釘扎晶界,間接阻礙再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大,導(dǎo)致鐵損增加。析出物的尺寸越小,體積分?jǐn)?shù)越大,析出物釘扎晶界的能力越強(qiáng)。經(jīng)過(guò)?;幚砗笫乖龀鑫锎只托碌奈龀鑫锷?,粗化的析出物減少了對(duì)晶粒長(zhǎng)大的抑制作用,對(duì)成品磁性能影響較小[3]。

        熱軋板中析出物數(shù)量較多,尺寸較小。析出物的面密度約為3 720 個(gè)/5 000 μm2,大部分析出物的尺寸在150 nm 以下,主要為MnS 和AlN。其中析出的MnS 尺寸為幾十納米到一百多納米之間,多為圓形,彌散分布,如圖2 所示。析出的AlN 尺寸為100 nm 左右,數(shù)量較少,多為方形,如圖3 所示。

        圖2 熱軋板中MnS 形貌及能譜

        圖3 熱軋板中AlN 形貌及能譜

        熱軋板?;笪龀鑫飻?shù)量減少,尺寸增大。析出物的面密度約為1 072 個(gè)/5 000 μm2,200 nm 以上析出物比例增大,主要為MnS 析出和MnS+AlN 的復(fù)合析出。其中MnS 析出尺寸增加至200 nm 以上,形狀多為圓形,如圖4 所示。MnS+AlN 的復(fù)合析出尺寸可達(dá)幾百nm,形狀為方形,如圖5 所示。AlN 的析出溫度比MnS 高,AlN 優(yōu)先析出和粗化。隨后析出的MnS以AlN 為基體附著在上面,形成復(fù)合析出。由于MnS數(shù)量遠(yuǎn)多于AlN,因此,本論文中相應(yīng)成份的無(wú)取向硅鋼經(jīng)?;笪凑业絾为?dú)析出的AlN。

        圖4 熱軋板?;驧nS 形貌及能譜

        圖5 熱軋板?;驧nS+AlN 形貌及能譜

        3 結(jié)論

        1)與熱軋板相比,常化后發(fā)生再結(jié)晶,晶粒尺寸進(jìn)一步長(zhǎng)大,再結(jié)晶率提高。含硅量2.6%的無(wú)取向硅鋼在940 ℃×5 min ?;瘯r(shí)晶粒較小且不均勻;1 000 ℃×5 min ?;瘯r(shí)出現(xiàn)了組織的異常長(zhǎng)大;970 ℃×5 min ?;瘯r(shí)平均晶粒尺寸121 μm,組織均勻且無(wú)異常長(zhǎng)大。因此,970 ℃×5 min 為較佳?;に?。

        2)常化處理后,熱軋板析出物數(shù)量減少,尺寸增大。析出的MnS 可增大到200 nm 以上,且部分MnS會(huì)附著在AlN 上形成粗大的MnS+AlN 復(fù)合析出。

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