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卷绕硅钢铁芯中杂质元素对硅钢材料的影响

发布时间:2016-07-31 20:03      浏览次数:
    卷绕硅钢铁芯中杂质元素对硅钢材料的影响
   1、磷元素
  低碳电工钢板主要用来制造微电机(<1kW)和小型电机(<100kW)。由于这种材料比较软,冲片性能差,因此常加入磷(0.08%~0.15%)来强化铁素体,提高硬度,改善冲片性。
  磷会增加硅钢的冷脆性,使冷加工困难,原因是在晶界处形成脆的磷化铁。在室温时钢中α相可溶解1.2%的磷,呈置换固溶体。磷会改变铁原子间结合力和激活能,故对再结晶过程和晶粒长大有影响。磷的影响超过同样硅含量影响的4~5倍,磷还可以提高比电阻,降低涡流损失;由于磷促使晶粒增大,故亦可使矫顽力和磁滞损失降低。随磷含量增加,在弱和中磁场下的磁感应强度提高;而在强磁场下,由于磷使晶粒粗化而磁感应强度(B100)略有减少。

  同时,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,从而使成品钢板变得极脆。

    2、铝元素
  铝的作用与硅相近,可以提高钢的比电阻,减少铁芯损失(下图),并降低磁感应强度,铝含量达到一定数量会使晶粒粗化并促使碳石墨化。

   铝还能减少钢中氧含量,减少磁时效现象。铝使γ相区缩小。虽然铝对磁性有利,但钢中铝氧化物又会使磁性变坏。铝又是冷轧硅钢脱氧所需成分,加铝还可获得高纯度钢,使钢可连续浇注。

铝对硅钢铁芯损失的影响
  铝对硅钢铁芯损失的影响

    铝和硅一样,能使材料变脆,铝含量大于0.5 %时硅钢变脆更见突出,但与高硅钢比较则仍显有较好的塑性。有人试以Fe-Al-Mn合金作变压器钢片,铝的含量2倍于锰,在3.52%~6.45%范围,电磁性能与含4%Si的硅钢相近,但塑性明显优于后者。

  铝含量太高的其它有害影响是大的长条形铝化合物析出相在晶界上形成会阻碍晶粒粗化。

    3、铜元素
  小于0.7%的铜溶于α-Fe中,会促使碳石墨化,对磁性无大影响;硅钢含0.5%Cu时,防锈能力可提高15倍,故硅钢中有时故意加入铜。硅钢中含铜大于0.7%时,在热轧过程中会形成大量(CuMn)1.8S和(Mn,Cu)S质点,使硅钢矫顽力和磁滞损失增加并使钢变脆。一般硅钢铜含量控制为0.2%~0.3 %。

    4、氮、硫、硼等合金元素的作用
  无论是全硬钢、全加工或半加工硅钢,氮对磁性都有害。氮是通过生成有害的AlN沉淀发生影响的。表2列出了含1.3%(Si+Al)的脱碳半加工硅钢在1.5T下测定的磁性。当氮含量从0.006%降至0.002%时,其铁损与磁导率都可进一步改善。

表 2 脱碳半加工硅钢1.3%(Si+Al)在1.5T下的磁性和晶粒度

 

N/%

铁损/
W*kg
1

磁导率/
×4π×107 H*m1

晶粒尺寸/
μm

0.002

1.14

2 500

120

0.006

1.23

2 200

90

 

    硫在硅钢中对磁性有害影响均与基体中存在硫化锰的微细质点及晶界上存在自由硫有关。计算指出,当硫在0.005%~0.030%范围内,对于含0.3%Mn、0.6%Si和0.2%Al的半加工硅钢,每增加0.02%S可使铁损提高0.33W/kg。

  硼加到半加工铝镇静电工钢中,可以抑制退火时的AlN沉淀。因为在退火时所生成的AlN沉淀会抑制某些结晶方向的晶粒长大,从而产生对磁性不利的织构。硼与氮结合成为氮化硼,在热轧时沉淀于奥氏体中。若硼超过0.003%,则对磁性有害,这是因为又生成另一些含硼的化合物(如F23(BC)6),使晶粒细化。