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    卷繞硅鋼鐵芯中雜質元素對硅鋼材料的影響

    作者:威博特鐵芯   發布時間:2019-03-30 15:05:18 瀏覽次數:
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        卷繞硅鋼鐵芯中雜質元素對硅鋼材料的影響
       1、磷元素
      低碳電工鋼板主要用來制造微電機(<1kW)和小型電機(<100kW)。由于這種材料比較軟,沖片性能差,因此常加入磷(0.08%~0.15%)來強化鐵素體,提高硬度,改善沖片性。
      磷會增加硅鋼的冷脆性,使冷加工困難,原因是在晶界處形成脆的磷化鐵。在室溫時鋼中α相可溶解1.2%的磷,呈置換固溶體。磷會改變鐵原子間結合力和激活能,故對再結晶過程和晶粒長大有影響。磷的影響超過同樣硅含量影響的4~5倍,磷還可以提高比電阻,降低渦流損失;由于磷促使晶粒增大,故亦可使矯頑力和磁滯損失降低。隨磷含量增加,在弱和中磁場下的磁感應強度提高;而在強磁場下,由于磷使晶粒粗化而磁感應強度(B100)略有減少。

      同時,磷是一種界面活性元素,偏聚于晶界會導致嚴重的晶界脆化,從而使成品鋼板變得極脆。

        2、鋁元素
      鋁的作用與硅相近,可以提高鋼的比電阻,減少鐵芯損失(下圖),并降低磁感應強度,鋁含量達到一定數量會使晶粒粗化并促使碳石墨化。

       鋁還能減少鋼中氧含量,減少磁時效現象。鋁使γ相區縮小。雖然鋁對磁性有利,但鋼中鋁氧化物又會使磁性變壞。鋁又是冷軋硅鋼脫氧所需成分,加鋁還可獲得高純度鋼,使鋼可連續澆注。

     

    鋁對硅鋼鐵芯損失的影響
      鋁對硅鋼鐵芯損失的影響


        鋁和硅一樣,能使材料變脆,鋁含量大于0.5 %時硅鋼變脆更見突出,但與高硅鋼比較則仍顯有較好的塑性。有人試以Fe-Al-Mn合金作變壓器鋼片,鋁的含量2倍于錳,在3.52%~6.45%范圍,電磁性能與含4%Si的硅鋼相近,但塑性明顯優于后者。

      鋁含量太高的其它有害影響是大的長條形鋁化合物析出相在晶界上形成會阻礙晶粒粗化。

        3、銅元素
      小于0.7%的銅溶于α-Fe中,會促使碳石墨化,對磁性無大影響;硅鋼含0.5%Cu時,防銹能力可提高15倍,故硅鋼中有時故意加入銅。硅鋼中含銅大于0.7%時,在熱軋過程中會形成大量(CuMn)1.8S和(Mn,Cu)S質點,使硅鋼矯頑力和磁滯損失增加并使鋼變脆。一般硅鋼銅含量控制為0.2%~0.3 %。

        4、氮、硫、硼等合金元素的作用
      無論是全硬鋼、全加工或半加工硅鋼,氮對磁性都有害。氮是通過生成有害的AlN沉淀發生影響的。表2列出了含1.3%(Si+Al)的脫碳半加工硅鋼在1.5T下測定的磁性。當氮含量從0.006%降至0.002%時,其鐵損與磁導率都可進一步改善。

     


    表 2 脫碳半加工硅鋼1.3%(Si+Al)在1.5T下的磁性和晶粒度

     

    N/%

    鐵損/
    W*kg
    1

    磁導率/
    ×4π×107 H*m1

    晶粒尺寸/
    μm

    0.002

    1.14

    2 500

    120

    0.006

    1.23

    2 200

    90

     

        硫在硅鋼中對磁性有害影響均與基體中存在硫化錳的微細質點及晶界上存在自由硫有關。計算指出,當硫在0.005%~0.030%范圍內,對于含0.3%Mn、0.6%Si和0.2%Al的半加工硅鋼,每增加0.02%S可使鐵損提高0.33W/kg。

      硼加到半加工鋁鎮靜電工鋼中,可以抑制退火時的AlN沉淀。因為在退火時所生成的AlN沉淀會抑制某些結晶方向的晶粒長大,從而產生對磁性不利的織構。硼與氮結合成為氮化硼,在熱軋時沉淀于奧氏體中。若硼超過0.003%,則對磁性有害,這是因為又生成另一些含硼的化合物(如F23(BC)6),使晶粒細化。

     




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