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卷绕硅钢铁芯材料硅钢片中特殊元素的作用

发布时间:2016-07-29 20:03      浏览次数:
    卷绕铁芯材料硅钢片中具有特殊用途的合金元素:
    1 锡元素的作用
  近几年,大量研究工作证明,在高磁感取向硅钢中加入0.05%~0.10%Sn可明显改善磁性。多数学者认为,锡可在第二相质点MnS和AlN(称为抑制剂)与基体界面处偏聚,阻碍它们的Ostwald长大,使其更加细小、弥散,从而增强对晶粒正常长大的抑制能力,减小初次晶粒尺寸,在最终高温退火后得到更完善的{110}〈001〉二次再结晶组织,提高了取向度和磁性;此外,锡还使常化退火时γ相的分布更均匀,常化后珠光体的分散更均匀,从而增大了铁素体晶粒尺寸,冷轧时形成更多的形变带,使二次晶粒尺寸减小,铁损进一步降低。
  由于锡是一种表面活性元素,因此亦有可能在最终高温退火的升温阶段在晶界发生偏聚,加强对晶粒正常长大的抑制能力,减小初次晶粒尺寸,从而起到辅助抑制剂的作用。

  何忠治等人、研究了锡元素对硅钢二次再结晶的影响。根据其试验结果可知:①从550 ℃开始锡在取向硅钢中的晶界偏聚浓度随温度的升高而下降,在二次再结晶起始温度950 ℃,锡在晶界仍有一定的偏聚量;②锡在取向硅钢中的晶界偏聚行为与纯铁中相似,没有表现出多元系统中各元素间发生强烈交互作用时的典型特征,但由于取向硅钢的初步再结晶织构较强,数据的分散度明显高于纯铁的情况;③锡通过在取向硅钢中的晶界偏聚起了辅助抑制剂的作用,并可降低二次再结晶温度,这些均有利于发展更完善的{110}〈001〉二次再结晶,增大二次再结晶晶粒尺寸,提高磁性。

    2 锑元素的作用
  已有若干篇论文讨论了锑对无取向电工钢板性能的作用,发现锑的添加对含1 %~2 %Si和0.3 %Al钢的能耗具有有益的影响。Shimanaka等指出,在无取向Fe-1.85 %Si合金中加入0.01 %~0.08 %Sb,可使最终退火织构中{111}组分减少,{100}组分增加,且随着锑含量的增加,织构的这种变化更加显著;在冷轧无取向硅钢的再结晶退火过程中,{111}位向晶粒容易在晶界附近形核。由于锑是一种界面活性元素,易在晶界偏聚,因而阻碍了{111}位向晶粒在晶界附近的形核。

  Lyudkovsky采用离子散射谱(ISS)和反极图技术研究了Fe-1%Si无取向硅钢中加入0.09%Sb后的晶粒尺寸、硬度及织构的变化情况,得出结论:①锑能够促进对材料磁性有利的织构组分的形成,在再结晶之前,含锑与不含锑硅钢在织构上便已经有了区别,对于含锑硅钢,最终退火时无论是否脱碳,{110}和{100}组分强度均显著提高,同时{112}组分强度明显降低;②与不含锑硅钢相比,含锑硅钢在1.5T下磁导率提高100%,在1.7T下磁导率提高30%,另外,铁损(p15/60)下降约11%,这些性能上的提高是由于含锑硅钢具有较好的织构和较大的晶粒尺寸;③含锑硅钢具有较大尺寸的原因可能是由于具有{100}和{110}位向的晶粒边界迁移性提高,尤其是这些晶粒长大到{111}位向区域时。

  F.Vodopivce等研究发现,(111)面极点密度的最高值出现在锑含量最低时,然后随着锑含量增加其值逐渐降低,当锑含量增至0.05%时(111)面极点密度约为一定值。(100)面与(110)面轴密度在锑含量约为0.05%时出现最高值。

    总结:
  (1) 碳是引起硅钢发生磁时效的重要元素之一,随着硅钢中碳含量的增加,其铁损增加;而硅能显著减少硅钢内的铁损,但硅含量过高会使硅钢变脆,并且难以实现轧制变形。

  (2) 硅钢中杂质合金元素磷主要用来提高硅钢的冲片性 ,但磷是一种界面活性元素,偏聚于晶界会导致严重的晶界脆化。铝可减少硅钢铁芯损失,但降低磁感应强度,且铝含量高时会使硅钢变脆。铜可显著提高硅钢的防锈能力。氮、硫元素对硅钢性能总是有害的。

  (3) 锡和锑均是表面活性元素,可使硅钢最终退火织构中{111}组分减少,{100}组分和{110}组分增加,从而降低硅钢铁损,并提高其磁感应强度。