取向硅钢磁性能的影响因素

取向硅钢磁性能的影响因素 1 影响取向硅钢磁感的因素 由图1可以看出，硅铁单晶体的磁性是各向异性的，其中<100>方向是最易磁化的方向。因此工业上往往追求电工钢板内各晶粒的<100>方向尽可能平行于板面。对于取向电工钢人们希望获得强{110}<001>织构。 图1 铁单晶体的磁各向异性 电工钢种类较多，取向电工钢分为普通取向电工钢(CGO)和高磁感取向电工钢(Hi-B)。取向电工钢的晶粒取向特征为{110}晶面平行于轧面，<001>方向平行于轧向，即呈现{110}<001>织构。通常提到的取向电工钢指单取向电工钢，也称作高斯织构电工钢。如图2(a)所示的规则排列，其{110}晶面平行于轧制平面，易磁化方向<001>晶向平行于轧制方向，沿轧向磁化时磁性高，而横向为较难磁化的<110>方向。图2(b)为取向硅钢板示意图。 图2 (110)[001]取向硅钢中晶粒排列(a)和晶粒取向硅钢板(b)示意图 因为硅含量基本不变(在2.9~3.5%范围内变化)，所以取向硅钢的磁感应强度只与(110)[001]晶粒取向度或(110)[001]位向偏离角有关。<001>与轧向的平均 ,,，,, ,,2,,偏离角和B有明显关系。α为[001]晶向对轧向在轧面上的偏离角，β为8 [001]晶向对轧面的倾角。平均偏离角增大，B值显著降低。图3为工业生产的8 不同取向B值与晶粒取向度的关系，也证明B值随取向度增加而增加。 88 图3 3%Si-Fe多晶体的取向度与B的关系 8 杂质含量、夹杂物和析出物数量及分布状态、钢板厚度等对取向硅钢B的8直接影响不大，但对形成(110)[001]织构的二次再结晶发展或是说晶粒取向度有很大影响。例如，纯净的3%Si-Fe合金很难发生二次再结晶，取向度和B低。8钢中存在大量氧化物夹杂或钢板减薄到0.27mm以下，也不易发展完善的二次再结晶组织，B值低。 8 2 影响取向硅钢铁损(P)的因素 T 影响电工钢铁损的冶金因素多且复杂，因为影响磁滞损耗(P)、涡流损耗h(P)和反常损耗(P)组分的因素不同，且有些因素对这些铁损组分有完全相ea 反的影响，最终表现在铁损P值上是它们的综合结果。如晶粒尺寸增大使P降Th低，但使P+P增高。钢板减薄使P降低而使P增高。取向硅钢中P+P占主要eaehea部分。 1)影响磁滞损耗P的因素 (h 磁滞损耗与磁滞回线面积(A)成正比关系，，式中f为频率，kPkAf,hhh 为常数。f不变时P与矫顽力H成正比，，式中B为最大磁感应强PaBH,hcmhmc 度，a为常数。畴壁移动速率快表示材料容易磁化，P和H降低，因此P与畴hch 1/2壁能量和磁晶各向异性常数大体成正比关系。影响P的因素也就是阻碍畴Kh1 壁移动的主要因素，它们是晶体织构、杂质、夹杂物、内应力、晶粒尺寸、钢板厚度、钢板表面状态和主要化学成分。 ?晶体织构 在取向硅钢中，提高B(取向度)使P明显降低，见图4。高磁感取向硅8h 钢比普通取向硅钢的P低0.12W/kg，P低0.16~0.18W/kg，就是因为取向度h15h17 和B值高的原因。 8 图4 晶体位向(B)对磁滞损耗的影响(0.35mm厚板) 8 ?杂质、夹杂物和内应力 杂质元素和夹杂物(包括第二相析出物)使点阵发生畸变。在夹杂物周围地区位错密度高，引起比其本身体积大许多倍的内应力场，导致静磁能和磁弹性能增高，磁筹结构发生变化，畴壁不易移动，磁化困难，而夹杂物本身又为非磁性或弱磁性物质，所以H和P增高。钢板中退火快冷或冲剪切加工产生的内应力ch 也使H和P增高。电工钢板中存在任何内应力都使Hc增高。Hc与夹杂物尺寸ch 成反比，与夹杂物数量成正比关系。当夹杂物尺寸d与畴壁δ相近时(100~ 200nm)，对H和P影响最大，此时钉扎畴壁移动的能力最强。因此希望夹杂物ch 粗化，避免存在有这样细小的夹杂物。此外，夹杂物形状对Hc也有影响。针状夹杂物(如氮化物)比球形夹杂物(如碳化物)对H和P影响更大。 ch 杂质元素中碳、氮和硫对Hc和P最有害。碳和氮为间隙式固溶元素，硫为h 置换式固溶元素，但其原子半径与铁原子半径相差很大，这都使点阵严重畸变，引起大的内应力。因此冷轧电工钢产品中碳量都小于35ppm。取向硅钢中MnS和AlN等抑制剂(有利夹杂)在促进二次再结晶发展后，必须在1180~1200?纯干氢中净化退火来去掉其中的硫和氮。因此有利夹杂应当是亚稳态的夹杂物，这是选用第二相析出物作为抑制剂所必须考虑的一个重要条件。 ?晶粒尺寸 晶界处的点阵是畸变的，晶体缺陷(空位和位错)多，内应力大。平均晶粒直径d大，晶界所占面积减小、H和P降低。但d大，磁筹尺寸增大，P增高。che为了降低铁损有一个合适的临界尺寸d。 c 图5 取向度不变时晶粒直径对(110)[001]和(100)[001]取向硅钢P的影响 15/50 对取向硅钢来说，在保证高取向度条件下d?0.5~1.0mm(见图5)，但这在c 生产上很难做到。因为(110)[001]高取向度是通过发展完善的二次再结晶组织而得到的。实际上，普通取向硅钢(CGO)产品的二次晶粒尺寸至少为2~3mm，一般为3~5mm，高磁感取向硅钢(Hi-B)产品的二次晶粒尺寸更大，一般为8~15mm。图6证明当B(取向度)不变时，高磁感取向硅钢的二次晶粒愈小，8 P愈低。因为二次晶粒小，180?主磁筹宽度变小，P减小。二次晶粒尺寸每减17a 小1mm，P降低约0.01W/kg。因此在保证高取向度条件下应尽量减小二次晶粒17 尺寸。 图6 二次再结晶直径与B值对高磁感取向硅钢P的影响 817 ?钢板厚度 一般来说，钢板厚度(t)减薄，P增高。因为表面状态对P作用增强，即hh表面自由磁极能(静磁能)和180?畴壁面积上的畴壁能量增大，畴壁移动阻力加强。但厚度减薄，P明显降低。因此对铁损来说也有一个合适临界厚度(t)。ec 2取向硅钢P与板厚t关系的经验公式为:。图7为高磁感Ptt?61.30.95,，1717/50 取向硅钢板厚和B与P和P的关系。随B增高和厚度减薄到约0.125mm时，817158 P不断降低。而且随B提高，P的最低临界厚度t往更薄方向移动。钢板减薄到8c 0.27mm以下，由于表面能量对二次晶粒长大驱动力的作用增大，二次再结晶不易完善，必须采取加强抑制初次晶粒长大能力等有效措施才能发展完善的二次再结晶。 图7 高磁感取向硅钢B8、板厚与铁损的关系 (a)0.27~0.38mm厚度范围的P;(b)0.05~0.23mm厚度范围的P 1715 ?钢板表面状态 钢板表面平整光洁，表面自由磁极减少，静磁能降低，畴壁移动阻力减小，则P和H降低。钢板表面经化学磨光或电解磨光成镜面可使铁损明显降低。取hc 向硅钢表面硅酸镁(MgSiO)玻璃膜底层(1~2μm厚)与深层可达10μm的内24 氧化层相连，它们使表面变得更粗糙。硅酸镁的膨胀系数比硅钢小40%，在MgSiO质点周围产生压应力，这都使P增高。但硅酸镁也在钢中产生约3MPa24h 拉应力使磁筹细化和降低P。硅酸镁+内氧化层厚度增加，铁损增高。 e ?硅(和铝)含量 硅使铁的K(磁晶各向异性常数)和λ(饱和磁致伸缩)值降低，磁化更1S 容易，所以P降低。硅又提高电阻率，Pe降低，所以铁损明显降低。图8为高h 磁感取向硅钢中硅含量在2.75~3.04%范围内变化对P的影响。 17 图8 硅含量变动对高磁感取向硅钢P17的影响 (2)影响涡流损耗P和反常损耗P的因素 ea P与材料的电阻率(硅含量)和板厚有关，而P与磁筹结构有密切关系，ea 22Lt,即，式中，2L为畴壁间距;t为板厚;ρ为电阻率。日本采取了PP，,ea, 提高硅含量(提高ρ值)、减薄钢板和细化磁筹三个主要措施来降低取向硅钢铁 损就是以此为依据。影响磁筹尺寸的主要冶金因素如下: ?晶粒尺寸 静态磁筹宽度δ或畴壁间距2L与晶粒尺寸的关系如下 d 3/4d,,, 1.32,,,,K1,, 式中γ为单位畴壁面积上的畴壁能量，K为磁晶各向异性常数。此式证明1 δ与成正比关系，由图9也可看出，晶粒大，磁筹宽度大，反复磁化时畴壁移d 动距离大，移动速度快，P增高。取向硅钢的二次晶粒尺寸大，特别是高磁感取a 向硅钢晶粒更大。在保证B值时，减小二次晶粒尺寸可有效的细化磁筹和降低8 铁损。 图9 取向硅钢的二次晶粒尺寸与磁筹宽度的关系 ?(110)[001]位向偏离角 0.2mm厚(110)[001]单晶体实验证明，[001]晶向与轧向偏离角α增大时，Ph增高而P+P变化不大。[001]晶向与轧面偏离角β增大时，磁筹结构发生很大变ea 化，出现许多楔形闭合畴。在晶粒尺寸不变时它使磁筹宽度减小，所以P减小。a图10证明β?2?时P最低，β,2?或β,2?时随β角变化P都增高，P随171717β角的这种变化几乎都是由于P引起的，因为P随β角增大而单调的缓慢增高。 ah 图10 0.2mm厚(110)[001]3%Si-Fe单晶体β角与P的关系 17 考虑表面和晶界的磁筹比能及弹性能，2L和β角及沿轧向的二次晶粒长度 ,1/222,,cossin,,D有以下关系:，式中t为板厚，a、b和c为常数，2Labc,，,,Dt,, 根据回归 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 求出。2L主要取决于二次晶粒尺寸。 0.3mm厚高磁感取向硅钢板实验数据也证明，B?1.95T时P最低，而B8178,1.95T时P反而增高(见图11)，其原因就是(110)[001]位向准确的二次晶粒17 数量增多和尺寸增大，因为β小和D大，180?畴2L增大之故。 图11 高磁感取向硅钢的B与P的关系(板厚0.30mm) 817 ?拉应力效应 取向硅钢沿轧向加拉应力可使180?主磁筹细化并消除90?闭合畴，沿轧向的P、P和λ值明显降低，而P变化不大。沿轧向加拉应力也使横向P和λaTShTS值明显降低。拉力使180?畴细化是由于抗拒因拉力使表面闭合畴减少所引起的静磁能增大的结果。 取向硅钢应力涂层就是在此拉应力效应的启发下发展起来的。应力涂层可使钢板产生2.9~5.9MPa拉应力(硅酸镁底层产生约3MPa拉力)，所以P明显降17低(见图11)。 ?刻痕效应 (110)[001]单晶体实验证明(见图10)，沿横向刻痕使P明显降低，而P17h几乎不变。在β=0?时P降低最多。如果演轧向再加拉应力，P可进一步降低，1717P与β角的关系改变了。这说明刻痕效应与拉应力效应不同，所以这两种效应17 叠加可使P显著降低。磁筹观察证明，刻痕也使180?畴细化。在刻痕附近产17 生反向楔形亚磁筹和90?闭合畴。刻痕引起自由磁极和内应力，使静磁能和磁弹性能增加，产生一新的退磁场。为使能量处于最低稳定状态，沿刻痕线产生了新的亚磁筹。在反复磁化过程中，其中的反响楔形亚磁筹长大而使180?畴细化。在垂直于刻痕线表面附近产生强的压应力，但在垂直于刻痕线内部很宽范范围内产生了拉应力。此拉应力使90?畴细化。刻痕后再加拉应力可使180?畴进一步细化并减少90?畴。 刻痕使钢板表面不平，叠片系数降低和λ增高。再者，刻痕区的钢板较薄，S 叠片断面积减小，部分磁通从表面逸出而产生溇磁现象，铁损增高。所以刻痕方法没有实用价值，但细化磁筹技术是以刻痕效应为基础而发展的。例如生产上已采用的沿成品钢板横向激光照射(也称激光刻痕)的不接触法可使P下降约1710%。取向度(B)愈高和钢带愈薄，激光照射效果也愈明显(见图12)。 8 图12 Hi-B钢板厚(a)和B(b)与激光照射效应的关系 8 3 结论 (1)取向硅钢的硅含量变化不大，磁感B取决于(110)[001]晶粒取向度，8 随取向度增加而增加;提高晶粒取向度，P也明显降低;β?2?时P最低。 h17 (2)硅使铁的K(磁晶各向异性常数)和λ(饱和磁致伸缩)值降低，磁1S 化更容易，所以P降低。硅又提高电阻率，Pe降低，所以铁损明显降低。 h (3)平均晶粒直径d大，晶界所占面积减小、H和P降低。但d大，磁筹ch 尺寸增大，P增高。为了降低铁损有一个合适的临界尺寸d。对取向硅钢来说，ec 在保证高取向度条件下d?0.5~1.0mm，但这在生产上很难做到。因此在保证高c 取向度条件下应尽量减小二次晶粒尺寸。 (4)一般来说，板厚减薄，P增高;但厚度减薄，P明显降低。因此对铁he 损来说也有一个合适临界厚度(t)。取向硅钢P与板厚t关系的经验公式为:c17 2。 Ptt?61.30.95,，17/50 (5)钢板表面平整光洁，表面自由磁极减少，静磁能降低，畴壁移动阻力减小，则P和H降低。硅酸镁+内氧化层厚度增加，铁损增高;应力涂层可使hc 钢板产生2.9~5.9MPa拉应力， P明显降低 17 (6)杂质元素、夹杂物和内应力使H和P增高。Hc与夹杂物尺寸成反比，ch 与夹杂物数量成正比关系。夹杂物形状对Hc有影响。针状夹杂物比球形夹杂物对H和P影响更大。 ch (7)磁筹畴细化，使P明显降低。 17 影响取向硅钢磁感和铁损的主要因素 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 见图13。 化学成分 电阻率 电阻率要求要低，有利于降低铁损 冶炼 夹杂物 要求热轧板表层存在的{110}<001>连铸 电磁搅拌 位向晶粒;初次再结晶晶粒细小，晶粒结构 二次再结晶晶粒异常长大 均热 温度、时间 希望能尽量增加{110}<001>织构的晶体织构 终轧温度 组分和取向度，以增加磁性能 热轧 卷取温度 消除瓦楞状缺陷，减少常化和退火表面状态 是的表面氧化，有助于提高磁性能 常化 温度、时间 析出物状态 涡流损耗与厚度的平方成正比，减冷轧 压下率 成品厚度 小产品厚度，有利于降低铁损 温度、时间 脱碳有利降低磁时效，改善磁性能 脱碳效果 退火 气氛 冷却速率 消除内应力，有利降低矫顽力，改 内应力 善磁性能 图13 影响取向硅钢磁性能的主要因素