硅鋼牌號(hào)同其化組同其基本組包括三類(lèi)元素第類(lèi)其基本合金元素即：C、Si、Mn等；第二類(lèi)雜質(zhì)元素：P、Al、S、N、B、Cu等；第三類(lèi)特殊用途合金元素：Sb、Sn等1基本合金元素作用1.1碳元素首先應(yīng)考慮硅鋼含碳引起嚴(yán)重現(xiàn)象若品殘留碳則現(xiàn)磁效磁效發(fā)取決于碳含量磁效馬達(dá)或其電氣設(shè)備產(chǎn)鐵損值增加初始值二倍設(shè)備受損壞碳軟磁材料磁性極害碳增α-Fe矯頑力加磁滯損失降低磁應(yīng)強(qiáng)度所高級(jí)優(yōu)質(zhì)硅鋼片碳含量要求0.020%甚至0.010%般說(shuō)〔1〕碳磁性影響程度隨鋼硅含量同同；碳存形態(tài)同磁性影響同認(rèn)〔2〕晶界滲碳體磁性影響較晶粒內(nèi)部使硅鋼片塑性顯著變壞碳使硅鋼片磁導(dǎo)率降低且形磁效主要元素UenoK等采用同硅含量各種牌號(hào)取向電工鋼150℃效30000h通調(diào)整殘留碳量研究終產(chǎn)品鐵損圖1所示硅含量0.3%取向硅鋼鐵損(p15/50)隨碳含量變化〔3〕碳含量0.0045%效1000h鐵損增加20%效間1000h增加10000h管殘留碳少鐵損均發(fā)變化效鐵損仍隨殘留碳量增加增圖1同殘留碳量硅鋼鐵損增加與效間關(guān)系Fig.1Relationbetweentheironlossincrementandagingtimefordifferentresidualcarboncontent圖2表示硅含量別3.0%、2.0%0.3%三種取向電工鋼由于效引起鐵損增量與殘留碳量關(guān)系〔3〕由圖知效現(xiàn)象幾乎硅含量關(guān)鐵損劣化速度僅與殘留碳量關(guān)1.2硅作用硅能顯著減少硅鋼內(nèi)渦流損失總鐵芯損失減少(表1)硅提高相圖A3線降低A4線臨界溫度Fe-Si相圖形閉合γ-圈含2.5%～15%Si單相α-Fe所高硅硅鋼片經(jīng)高溫退火使組織均勻晶粒粗化夾雜聚集硅減少晶體各向異性使磁化容易磁阻減少硅電阻率及其固磁性影響圖3所示〔3〕硅能顯著提高α-Fe比電阻減少渦流損失強(qiáng)磁場(chǎng)作用硅使硅鋼片磁導(dǎo)率降圖2鐵損增量與殘留碳量關(guān)系Fig.2Relationbetweenthemaximumincrementoftheironlossandtheresidualcarboncontent能減輕鋼其雜質(zhì)危害使碳石墨化降低磁性害影響硅氧強(qiáng)親力起脫氧作用硅減少碳、氧氮α-Fe脫溶引起磁效現(xiàn)象硅能與氮化合氮化硅硅高氮鋼溶解度降低表1硅含量各種損失影響Table1EffectofSicontentinthesiliconsteelonsomekindsoflosses1T損失/W*kg－1鋼硅含量/%0.512.54磁滯損失(ph)2.21.91.681.06渦流損失(pe)1.150.780.380.16總鐵芯損失(p10)3.352.682.061.22圖3硅含量硅鋼電阻率其固磁性影響Fig.3Effectofsiliconcontentinthesiliconsteelonresistivityofsiliconsteelandothernaturalmagneticproperties硅除電工鋼述利作用外硅使鋼變脆目前已研究功含硅6.5%硅鋼片高硅硅鋼導(dǎo)熱性低鋼帶冷卻加熱容易發(fā)內(nèi)裂隨著硅含量增加硅鋼片硬度隨升高且易氧化銹其表面形氧化膜結(jié)導(dǎo)致硅鋼用戶沖片用模具變?nèi)菀讚p壞1.3錳作用新本鋼鐵社研究非潔凈低硅高錳鋼試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高錳含量改善晶體結(jié)構(gòu)加1.0%Mn帶鋼晶體組織(100)(110)晶面增加(111)晶面減少磁性顯著改善般認(rèn)〔4〕錳磁性產(chǎn)害影響使織構(gòu)變壞并且形需要沉淀物MnS產(chǎn)程利用十潔凈鋼使錳織構(gòu)控制起利作用另外錳防止熱脆缺少元素其含量應(yīng)控制0.1%錳提高碳鐵溶解度擴(kuò)γ相區(qū)與碳化合滲碳體故錳含量宜高般超1.5%2雜質(zhì)元素影響〔45〕2.1磷元素低碳電工鋼板主要用制造微電機(jī)(＜1kW)型電機(jī)(＜100kW)由于種材料比較軟沖片性能差加入磷(0.08%～0.15%)強(qiáng)化鐵素體提高硬度改善沖片性磷增加硅鋼冷脆性使冷加工困難原晶界處形脆磷化鐵室溫鋼α相溶解1.2%磷呈置換固溶體磷改變鐵原間結(jié)合力激能故再結(jié)晶程晶粒影響磷影響超同硅含量影響4～5倍磷提高比電阻降低渦流損失；由于磷促使晶粒增故亦使矯頑力磁滯損失降低隨磷含量增加弱磁場(chǎng)磁應(yīng)強(qiáng)度提高；強(qiáng)磁場(chǎng)由于磷使晶粒粗化磁應(yīng)強(qiáng)度(B100)略減少同磷種界面性元素偏聚于晶界導(dǎo)致嚴(yán)重晶界脆化使品鋼板變極脆2.2鋁元素鋁作用與硅相近提高鋼比電阻減少鐵芯損失(圖4)并降低磁應(yīng)強(qiáng)度鋁含量達(dá)定數(shù)量使晶粒粗化并促使碳石墨化鋁能減少鋼氧含量減少磁效現(xiàn)象鋁使γ相區(qū)縮雖鋁磁性利鋼鋁氧化物使磁性變壞鋁冷軋硅鋼脫氧所需加鋁獲高純度鋼使鋼連續(xù)澆注某些元素硅鋼性能影響ponentintextureofsiliconsteel,thusdecreasetheironlossofthesiliconsteelandincreasethemagneticfluxdensity.KEYWORDSsiliconsteel,alloyingelement,ironloss,magneticfluxdensity節(jié)能觀點(diǎn)看代趨勢(shì)提高電氣設(shè)備效率其手段改進(jìn)電機(jī)鐵芯所用電磁鋼板磁性說(shuō)低鐵損、高磁通密度硅鋼要求益強(qiáng)烈硅鋼其金屬材料其磁性性能主要由其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)所控制眾所周知組織結(jié)構(gòu)確立與其合金元素密切相關(guān)織構(gòu)、金屬間化合物形及析合金元素偏析等硅鋼鐵損磁應(yīng)強(qiáng)度產(chǎn)重要影響硅鋼牌號(hào)同其化組同其基本組包括三類(lèi)元素第類(lèi)其基本合金元素即：C、Si、Mn等；第二類(lèi)雜質(zhì)元素：P、Al、S、N、B、Cu等；第三類(lèi)特殊用途合金元素：Sb、Sn等1基本合金元素作用1.1碳元素首先應(yīng)考慮硅鋼含碳引起嚴(yán)重現(xiàn)象若品殘留碳則現(xiàn)磁效磁效發(fā)取決于碳含量磁效馬達(dá)或其電氣設(shè)備產(chǎn)鐵損值增加初始值二倍設(shè)備受損壞碳軟磁材料磁性極害碳增α-Fe矯頑力加磁滯損失降低磁應(yīng)強(qiáng)度所高級(jí)優(yōu)質(zhì)硅鋼片碳含量要求0.020%甚至0.010%般說(shuō)〔1〕碳磁性影響程度隨鋼硅含量同同；碳存形態(tài)同磁性影響同認(rèn)〔2〕晶界滲碳體磁性影響較晶粒內(nèi)部使硅鋼片塑性顯著變壞碳使硅鋼片磁導(dǎo)率降低且形磁效主要元素UenoK等采用同硅含量各種牌號(hào)取向電工鋼150℃效30000h通調(diào)整殘留碳量研究終產(chǎn)品鐵損圖1所示硅含量0.3%取向硅鋼鐵損(p15/50)隨碳含量變化〔3〕碳含量0.0045%效1000h鐵損增加20%效間1000h增加10000h管殘留碳少鐵損均發(fā)變化效鐵損仍隨殘留碳量增加增圖1同殘留碳量硅鋼鐵損增加與效間關(guān)系Fig.1Relationbetweentheironlossincrementandagingtimefordifferentresidualcarboncontent圖2表示硅含量別3.0%、2.0%0.3%三種取向電工鋼由于效引起鐵損增量與殘留碳量關(guān)系〔3〕由圖知效現(xiàn)象幾乎硅含量關(guān)鐵損劣化速度僅與殘留碳量關(guān)1.2硅作用硅能顯著減少硅鋼內(nèi)渦流損失總鐵芯損失減少(表1)硅提高相圖A3線降低A4線臨界溫度Fe-Si相圖形閉合γ-圈含2.5%～15%Si單相α-Fe所高硅硅鋼片經(jīng)高溫退火使組織均勻晶粒粗化夾雜聚集硅減少晶體各向異性使磁化容易磁阻減少硅電阻率及其固磁性影響圖3所示〔3〕硅能顯著提高α-Fe比電阻減少渦流損失強(qiáng)磁場(chǎng)作用硅使硅鋼片磁導(dǎo)率降圖2鐵損增量與殘留碳量關(guān)系Fig.2Relationbetweenthemaximumincrementoftheironlossandtheresidualcarboncontent能減輕鋼其雜質(zhì)危害使碳石墨化降低磁性害影響硅氧強(qiáng)親力起脫氧作用硅減少碳、氧氮α-Fe脫溶引起磁效現(xiàn)象硅能與氮化合氮化硅硅高氮鋼溶解度降低表1硅含量各種損失影響Table1EffectofSicontentinthesiliconsteelonsomekindsoflosses1T損失/W*kg－1鋼硅含量/%0.51.02.54.0磁滯損失(ph)2.201.901.681.06渦流損失(pe)1.150.780.380.16總鐵芯損失(p10)3.352.682.061.22圖3硅含量硅鋼電阻率其固磁性影響Fig.3Effectofsiliconcontentinthesiliconsteelonresistivityofsiliconsteelandothernaturalmagneticproperties硅除電工鋼述利作用外硅使鋼變脆目前已研究功含硅6.5%硅鋼片高硅硅鋼導(dǎo)熱性低鋼帶冷卻加熱容易發(fā)內(nèi)裂隨著硅含量增加硅鋼片硬度隨升高且易氧化銹其表面形氧化膜結(jié)導(dǎo)致硅鋼用戶沖片用模具變?nèi)菀讚p壞1.3錳作用新本鋼鐵社研究非潔凈低硅高錳鋼試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高錳含量改善晶體結(jié)構(gòu)加1.0%Mn帶鋼晶體組織(100)(110)晶面增加(111)晶面減少磁性顯著改善般認(rèn)〔4〕錳磁性產(chǎn)害影響使織構(gòu)變壞并且形需要沉淀物MnS產(chǎn)程利用十潔凈鋼使錳織構(gòu)控制起利作用另外錳防止熱脆缺少元素其含量應(yīng)控制0.1%錳提高碳鐵溶解度擴(kuò)γ相區(qū)與碳化合滲碳體故錳含量宜高般超1.5%2雜質(zhì)元素影響〔45〕2.1磷元素低碳電工鋼板主要用制造微電機(jī)(＜1kW)型電機(jī)(＜100kW)由于種材料比較軟沖片性能差加入磷(0.08%～0.15%)強(qiáng)化鐵素體提高硬度改善沖片性磷增加硅鋼冷脆性使冷加工困難原晶界處形脆磷化鐵室溫鋼α相溶解1.2%磷呈置換固溶體磷改變鐵原間結(jié)合力激能故再結(jié)晶程晶粒影響磷影響超同硅含量影響4～5倍磷提高比電阻降低渦流損失；由于磷促使晶粒增故亦使矯頑力磁滯損失降低隨磷含量增加弱磁場(chǎng)磁應(yīng)強(qiáng)度提高；強(qiáng)磁場(chǎng)由于磷使晶粒粗化磁應(yīng)強(qiáng)度(B100)略減少同磷種界面性元素偏聚于晶界導(dǎo)致嚴(yán)重晶界脆化使品鋼板變極脆2.2鋁元素鋁作用與硅相近提高鋼比電阻減少鐵芯損失(圖4)并降低磁應(yīng)強(qiáng)度鋁含量達(dá)定數(shù)量使晶粒粗化并促使碳石墨化鋁能減少鋼氧含量減少磁效現(xiàn)象鋁使γ相區(qū)縮雖鋁磁性利鋼鋁氧化物使磁性變壞鋁冷軋硅鋼脫氧所需加鋁獲高純度鋼使鋼連續(xù)澆注圖4鋁硅鋼鐵芯損失影響Fig.4EffectofAlcontentinthesiliconsteelontheironcoreloss鋁硅能使材料變脆鋁含量于0.5%硅鋼變脆更見(jiàn)突與高硅鋼比較則仍顯較塑性試Fe-Al-Mn合金作變壓器鋼片鋁含量2倍于錳3.52%～6.45%范圍電磁性能與含4%Si硅鋼相近塑性明顯優(yōu)于者鋁含量太高其害影響條形鋁化合物析相晶界形阻礙晶粒粗化〔5〕2.3銅元素于0.7%銅溶于α-Fe促使碳石墨化磁性影響；硅鋼含0.5%Cu防銹能力提高15倍故硅鋼故意加入銅硅鋼含銅于0.7%熱軋程形量(CuMn)1.8S(Mn,Cu)S質(zhì)點(diǎn)使硅鋼矯頑力磁滯損失增加并使鋼變脆般硅鋼銅含量控制0.2%～0.3%2.4氮、硫、硼等合金元素作用論全硬鋼、全加工或半加工硅鋼氮磁性都害氮通害AlN沉淀發(fā)影響表2列含1.3%(Si＋Al)脫碳半加工硅鋼1.5T測(cè)定磁性氮含量0.006%降至0.002%其鐵損與磁導(dǎo)率都進(jìn)步改善表2脫碳半加工硅鋼1.3%(Si＋Al)1.5T磁性晶粒度Table2Themagneticpropertiesandgrainsizeofthedecarbonisingandsemi-manufacturingsiliconsteel1.3%(Si＋Al)at1.5TN/%鐵損/磁導(dǎo)率/晶粒尺寸/W*kg－1×4π×10－7H*m－1μm0.0021.1425001200.0061.23220090硫硅鋼磁性害影響均與基體存硫化錳微細(xì)質(zhì)點(diǎn)及晶界存自由硫關(guān)計(jì)算指硫0.005%～0.030%范圍內(nèi)于含0.3%Mn、0.6%Si0.2%Al半加工硅鋼每增加0.02%S使鐵損提高0.33W/kg硼加半加工鋁鎮(zhèn)靜電工鋼抑制退火AlN沉淀退火所AlN沉淀抑制某些結(jié)晶向晶粒產(chǎn)磁性利織構(gòu)硼與氮結(jié)合氮化硼熱軋沉淀于奧氏體若硼超0.003%則磁性害另些含硼化合物(F23(BC)6)使晶粒細(xì)化3特殊用途合金元素3.1錫元素作用近幾量研究工作證明高磁取向硅鋼加入0.05%～0.10%Sn明顯改善磁性〔6～10〕數(shù)者認(rèn)錫第二相質(zhì)點(diǎn)MnSAlN(稱(chēng)抑制劑)與基體界面處偏聚阻礙Ostwald使其更加細(xì)、彌散增強(qiáng)晶粒抑制能力減初晶粒尺寸終高溫退火更完善｛110｝〈001〉二再結(jié)晶組織提高取向度磁性；外錫使化退火γ相布更均勻化珠光體散更均勻增鐵素體晶粒尺寸冷軋形形變帶使二晶粒尺寸減鐵損進(jìn)步降低由于錫種表面性元素亦能終高溫退火升溫階段晶界發(fā)偏聚加強(qiáng)晶粒抑制能力減初晶粒尺寸起輔助抑制劑作用何忠治等〔7〕研究錫元素硅鋼二再結(jié)晶影響根據(jù)其試驗(yàn)結(jié)知：①550℃始錫取向硅鋼晶界偏聚濃度隨溫度升高降二再結(jié)晶起始溫度950℃錫晶界仍定偏聚量；②錫取向硅鋼晶界偏聚行與純鐵相似沒(méi)表現(xiàn)元系統(tǒng)各元素間發(fā)強(qiáng)烈交互作用典型特征由于取向硅鋼初步再結(jié)晶織構(gòu)較強(qiáng)數(shù)據(jù)散度明顯高于純鐵情況；③錫通取向硅鋼晶界偏聚起輔助抑制劑作用并降低二再結(jié)晶溫度些均利于發(fā)展更完善｛110｝〈001〉二再結(jié)晶增二再結(jié)晶晶粒尺寸提高磁性3.2銻元素作用已若干篇論文討論銻取向電工鋼板性能作用發(fā)現(xiàn)銻添加含1%～2%Si0.3%Al鋼能耗具益影響Shimanaka等〔11〕指取向Fe-1.85%Si合金加入0.01%～0.08%Sb使終退火織構(gòu)｛111｝組減少｛100｝組增加且隨著銻含量增加織構(gòu)種變化更加顯著；冷軋取向硅鋼再結(jié)晶退火程｛111｝位向晶粒容易晶界附近形核由于銻種界面性元素易晶界偏聚阻礙｛111｝位向晶粒晶界附近形核Lyudkovsky〔12〕采用離散射譜(ISS)反極圖技術(shù)研究Fe-1%Si取向硅鋼加入0.09%Sb晶粒尺寸、硬度及織構(gòu)變化情況結(jié)論：①銻能夠促進(jìn)材料磁性利織構(gòu)組形再結(jié)晶前含銻與含銻硅鋼織構(gòu)便已經(jīng)區(qū)別于含銻硅鋼終退火論否脫碳｛110｝｛100｝組強(qiáng)度均顯著提高同｛112｝組強(qiáng)度明顯降低；②與含銻硅鋼相比含銻硅鋼1.5T磁導(dǎo)率提高100%1.7T磁導(dǎo)率提高30%另外鐵損(p15/60)降約11%些性能提高由于含銻硅鋼具較織構(gòu)較晶粒尺寸；③含銻硅鋼具較尺寸原能由于具｛100｝｛110｝位向晶粒邊界遷移性提高尤其些晶粒｛111｝位向區(qū)域F.Vodopivce等〔11〕研究發(fā)現(xiàn)(111)面極點(diǎn)密度高值現(xiàn)銻含量低隨著銻含量增加其值逐漸降低銻含量增至0.05%(111)面極點(diǎn)密度約定值(100)面與(110)面軸密度銻含量約0.05%現(xiàn)高值4結(jié)語(yǔ)(1)碳引起硅鋼發(fā)磁效重要元素隨著硅鋼碳含量增加其鐵損增加；硅能顯著減少硅鋼內(nèi)鐵損硅含量高使硅鋼變脆并且難實(shí)現(xiàn)軋制變形(2)硅鋼雜質(zhì)合金元素磷主要用提高硅鋼沖片性磷種界面性元素偏聚于晶界導(dǎo)致嚴(yán)重晶界脆化鋁減少硅鋼鐵芯損失降低磁應(yīng)強(qiáng)度且鋁含量高使硅鋼變脆銅顯著提高硅鋼防銹能力氮、硫元素硅鋼性能總害(3)錫銻均表面性元素使硅鋼終退火織構(gòu)｛111｝組減少｛100｝組｛110｝組增加降低硅鋼鐵損并提高其磁應(yīng)強(qiáng)度
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。