冷軋無取向電工鋼的成分、組織與性能研究
發布人：上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn
更新時間：2016-05-20
冷軋無取向電工鋼板牌號涉及W600、W800、W1300，鋼板厚度均為0.5mm。3個牌號電工鋼均為超低碳無取向電工鋼，三者成分的主要差別在于硅和鋁含量有所不同。
電工鋼亦稱硅鋼片，其發展有一百多年的歷史，冷軋電工鋼包含取向電工鋼和無取向電工鋼，無取向電工鋼主要用作大中型電機、發電機以及家用電機和微電機、鎮流器和小型變壓器等的鐵芯。無取向電工鋼的主要磁性能要求是低比總損耗和高磁極化強度。低比總損耗可以節約大量電能，延長電機工作運轉時間。高磁極化強度意味著磁化能力強，鐵芯的激磁電流降低，比總損耗和銅損都降低。比總損耗和磁極化強度不僅與化學成分有關，而且與其內部組織有關。為了深入了解無取向電工鋼的特性，以便于更好地指導生產和提高產品質量，筆者根據江蘇西城三聯控股集團冷軋薄板廠近年來的生產數據，全面研究了冷軋無取向電工鋼牌號W600、W800、W1300的成分、組織與性能之間的關系，以期為后續冷軋無取向電工鋼的生產提供參考。?
冷軋無取向電工鋼的成分?
該廠生產的冷軋無取向電工鋼板牌號涉及W600、W800、W1300，鋼板厚度均為0.5mm。三者化學成分的統計平均值見表1。從表1不難看出，3個牌號電工鋼均為超低碳無取向電工鋼，三者成分的主要差別在于硅和鋁含量有所不同。?
在無取向電工鋼中，硅具有提高電阻率，降低比總損耗的作用，但硅是非磁性元素，硅降低飽和磁化強度，相應降低磁極化強度，對磁性不利。同時，過高的硅含量會使鋼變脆，導致冷加工困難，因此，一般冷軋電工鋼硅含量上限控制在3.0%左右。鋁的作用與硅相似，鋁能縮小γ相區，粗化晶粒，提高電阻率，減小磁各向異性，降低比總損耗，同時也降低磁極化強度，而對鋼的強度和硬度的影響又不像硅那樣明顯。硅和鋁均通過控制晶粒尺寸或織構來控制無取向電工鋼的力學性能和磁性能。?
冷軋無取向電工鋼的性能?
冷軋無取向電工鋼的力學性能與磁性能。3個牌號的無取向電工鋼的組織晶粒度、力學性能、磁性能均值見表2。根據表2的數據，筆者繪制不同牌號無取向電工鋼的組織晶粒度、力學性能和磁性能曲線圖后發現，牌號W600、W800、W1300無取向電工鋼的晶粒度依次增大，即晶粒尺寸依次減小，也即隨著(Si+Al)含量的增加，冷軋無取向電工鋼的晶粒尺寸增加，這里也體現了硅、鋁對電工鋼晶粒組織的粗化作用。?
牌號W600、W800、W1300無取向電工鋼的抗拉強度依次降低，由417MPa降低至366MPa。雖然W1300電工鋼的晶粒尺寸最細，根據細晶強化理論可知，晶粒越細，其強度應該越高，但由于W600的硅含量最高，其固溶強化作用是最強的，其次是W800，硅含量最小為W1300，其固溶強化作用是最弱的。因此，在這里，細晶強化的作用不及硅的固溶強化作用強。?
牌號W600、W800、W1300無取向電工鋼的比總損耗依次增加，其主要有三方面的原因：一是化學成分的影響，二是晶粒尺寸的影響，三是來自織構的影響。硅、鋁含量越高，其比總損耗越低。晶界出的點陣是畸變的，晶體缺陷（空位和位錯）多，內應力大，平均晶粒直徑大，晶界所占面積減小，因而比總損耗降低。另外，鋁可使{100}組分增高和{111}組分減少，{111}織構組分越少，無取向電工鋼的比總損耗越低。無取向電工鋼W600的晶粒尺寸最大，且硅、鋁含量最高，因此其比總損耗最小，W1300的晶粒尺寸最細小，且硅、鋁含量最低，因此其比總損耗最大，W800晶粒尺寸和硅、鋁含量居中，因此其比總損耗也居中。?
牌號W600、W800、W1300無取向電工鋼的磁極化強度依次增加。影響磁極化強度的主要因素為化學成分和晶體織構，隨著Si+Al含量的增加，鋼的{111}織構增強，無取向電工鋼的磁極化強度相應降低。?
無取向電工鋼的硬度變化趨勢與抗拉強度的變化趨勢是一致的，硬度反映了鋼的沖片性能。硅含量越高，鋼的硬度越大，沖片性降低，但鋼的硬度過低，沖片的毛刺增大，沖片尺寸不精確。沖片性能良好的鋼，其合適的硬度為130HV~180HV。?
化學成分與晶粒度對冷軋無取向電工鋼磁性能的影響。筆者根據無取向電工鋼W800的化學成分與晶粒度及比總損耗情況分別繪制Si+Al、晶粒度與比總損耗的散點圖（圖1、圖2）后發現，隨著Si+Al含量的增加，無取向電工鋼的比總損耗降低。由圖2可以看出，隨著晶粒度級別的增加，無取向電工鋼的比總損耗增加，即晶粒尺寸越細，比總損耗越大，且二者的線性關系很強。這說明比總損耗對晶粒尺寸很敏感，因此，控制無取向電工鋼板的晶粒尺寸是控制比總損耗最直接、最有效的方法。?
冷軋無取向電工鋼的組織特征?
W600、W800、W1300的金相顯微組織基本上為鐵素體，W1300出現少量的三次滲碳體，三者的鐵素體晶粒基本為等軸晶，晶粒分布比較均勻，但晶粒大小并不均勻。3個牌號的無取向電工鋼組織均存在這種現象，一部分晶粒較大，一部分晶粒比較細小，且個別細小的晶粒呈現出3邊形或4邊形，并且晶界呈現彎曲狀，這些特征都表明晶粒不穩定。一般情況下，晶粒的穩定形式應該是等邊六邊形，這就必須滿足兩個條件：一是晶界為直線，二是其夾角為120°，二者缺一不可。出現上述3邊形或4邊形且晶界并不平直的這種不穩定的晶粒組織，可能是退火過程不充分造成的，具體原因有待進一步深入研究。?
無取向電工鋼W600、W800、W1300晶粒尺寸依次減小，其主要原因為W600、W800、W1300的Si+Al含量依次減小，而在無取向電工鋼中硅、鋁具有粗化晶粒的作用。?
綜上所述，對于冷軋無取向電工鋼而言，化學成分和顯微組織對其力學性能和磁性能都具有重要影響。隨著Si+Al含量的增加，冷軋無取向電工鋼的組織晶粒尺寸隨之增加，而比總損耗隨之降低，磁極化強度也隨之降低。冷軋無取向電工鋼中，硅的固溶強化作用遠大于鋼中細晶強化的作用。冷軋無取向電工鋼的強化機制中，固溶強化占主導地位。比總損耗對無取向電工鋼的晶粒尺寸十分敏感，控制無取向電工鋼板的晶粒尺寸是控制比總損耗最直接、最有效的方法。
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