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電機使用無取向矽鋼磁性能不良分析。

內容簡介:無取向矽鋼主要應用於電機鐵芯,用途廣泛、市場廣闊。磁性能是無取向矽鋼產品品質的重要衡量指標,但50W470 無取向矽鋼會出現磁性能不良的情況,導致客戶生產出來的電機等產品性能不夠穩定,影響了客戶的使用。
      無取向矽鋼磁性能不良的主要原因是加熱爐加熱溫度偏高。加熱溫度過高抑製成品再結晶晶粒長大,並惡化再結晶織構,從而導致磁性能不良。采取降低加熱溫度、減少硫的質量分數等措施,有效地解決了50W470 無取向矽鋼磁性能不良的現象。

      50W470 無取向矽鋼主要應用於電機鐵芯,用途廣泛、市場廣闊。磁性能是無取向矽鋼產品品質的重要衡量指標,但50W470 無取向矽鋼會出現磁性能不良的情況,導致客戶生產出來的電機等產品性能不夠穩定,影響了客戶的使用。

      本文主要研究 50W470 無取向矽鋼磁性能不良現象產生的原因,並有針對性地提出了改進措施,效果良好。

一、 磁性能不良現象

      50W470無取向矽鋼在生產過程中,正常情況下,沿長度方向鐵損曲線基本為一條直線,見圖 1 ( a) ,鐵損值( P15 /50) 為 3.1 ~ 3.4 W/kg,相對應的磁感( B50) 大於 1.67 T,總體上磁性能良好。有時也會出現鐵損偏高或鐵損整體波動的情況。鐵損偏高通常對應較低的磁感,主要有兩種表現,一是鋼帶頭、尾鐵損出現嚴重偏高,見圖 1 ( b) ,帶 頭 鐵損 ( P15 /50) 接近 3.75 W/kg,磁感( B50) 不足 1.66 T; 二是整卷鋼帶鐵損出現明顯的波動,見圖 1( c) ,波 動最高點經常大於 3.4 W/kg。這些磁性能不良的產品應降級或判廢,造成了較大的經濟損失。
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      在50W470 無取向矽鋼鐵損正常處和鐵損偏高處分別取樣,做金相組織和織構檢測並進行分析。金相組織檢測結果見圖 2( a) ,( b) 。圖 2( a) 為鐵損正常的金相組織,晶粒尺寸約為 70 μm,晶粒尺寸比較均勻。圖 2( b) 為鐵損偏高的金相組織,晶粒尺寸約為 50 μm,晶粒尺寸差別較大。對於再結晶晶粒,晶界處的點陣是畸變的,晶體缺陷多,內應力大。平均晶粒尺寸增大,晶界所占麵積減小,磁滯損耗降低; 因此,但晶粒尺寸增大,磁疇尺寸增大,渦流損耗增高。為了降低鐵損,晶粒應有一個合適的臨界尺寸。對於相同牌號的無取向矽鋼來說,晶粒尺寸減小不利於降低鐵損。
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      對 50W470 牌號無取向矽鋼鐵損正常樣品和鐵損偏高樣品電機做織構分析,結果見圖 3( a),( b) 。二者再結晶織構均由{100}( <001> / /ND) ,{111} <112>以及 Goss( {110}<001> ) 等組成。相對於鐵損偏高的樣品,正常鐵損樣品擁有更強的{100}和較弱的{111}<112>組分,Goss 織構強度基本相等。在無取向矽鋼中,{100} ( <001> / /ND) 麵織 構高鐵損 P15 /50 降低,因為在{100} 晶麵上有兩個易磁化 <100> 方向;其次是 η ( <100> / /RD) 織構,在此方向上有一個 <100> 方向。{111} ( <111> / /ND) 麵織構 P15 /50較高,在此晶麵上沒有易磁化的 <100> 方向,{111} <112> 是主要的{111} 織構之一。

      鐵損偏高樣品的再結晶晶粒尺寸比鐵損正常樣品的晶粒尺寸小,且均勻性較差,其不利的{111} <112> 織構更強,有利的{100} 織構較弱。
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      通過對 50W470 無取向矽鋼的化學成分和生產 工藝進行分析,發現鐵損偏高和波動的樣品對應的加熱爐二加段、均熱段加熱溫度偏高,尤其是加熱爐兩側溫度偏高; 另外鐵損波動曲線的周期也與水梁數量吻合,因此可以判斷導致鐵損波動的主要原因是加熱溫度過高。

      電機板坯加熱溫度降低,磁性能得到明顯改善,不但磁感應強度得到了提高,而且鐵損也有所降低;反之,加熱溫度增高,磁性能惡化。

      電機矽鋼冶煉過程中存在的 S,N 等雜質元素,它們與合金元素 Mn,Al 分別化合生成 MnS和 AlN。板坯加熱時,MnS 和 AlN 逐漸固溶,在隨後的熱軋過程中,由於鋼帶溫度降低,其固溶度下降,MnS 和 AlN 彌散析出。板坯加熱溫度越高,其固溶量越多,沉澱析出物數量也越多,越細小;板坯加熱溫度越低,不但沉澱析出物數量越少,而且析出物的尺寸較粗大。 在對大角晶界遷移的阻礙方麵,細小的沉澱析出物要比粗大的阻礙力大。因此,在成品退火時要 阻礙晶粒長大,使成品晶粒細小,從而使鐵損中的磁滯損耗增加。另外,較高的板坯加熱溫度也使得再 結晶織構中對磁性能不利的{ 111} <112>組分增多,從而使成品鐵損增加,同時磁感強度降低。綜上所述,在軋機軋製能力允許的條件下,加熱溫度越低越好,以防止 MnS 和 AlN 過多析出。

二、 措施及效果

      1) 提高板坯進加熱爐溫度,促進板坯溫度均勻,減小鐵損波動;
      2) 降低爐氣溫度,加熱溫度嚴格控製在1150 ℃以下,加熱時間控製在 200 min 以內,抑製熱軋過程中 MnS 和 AlN 的析出;
      3) 換輥或故障期間,矽鋼板坯在加熱爐內等待時應停在中位,減輕水梁印溫度波動。
      通過采取以上措施,基本上杜絕了50W470無取向矽鋼磁性能不良的現象,此措施也適用於其他不經常化工藝的無取向矽鋼。

三、 結論

      電機使用50W470無取向矽鋼磁性能不良主要是由於板坯加熱溫度過高造成的。板坯加熱溫度過高造成產品再結晶晶粒尺寸偏小,同時增強對磁性能不利的{111} <112> 織構,減弱有利的{100} 織構,從而惡化了磁性能。通過優化加熱工藝等措施,有效地解決了50W470無取向矽鋼磁性能不良現象。

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