电机使用无取向硅JR电机钢磁性能不良分析。

时间：2019-08-12 19:08

      无取向硅钢磁性能不良的主要原因是加热炉加热温度偏高。加热温度过高抑制成品再结晶晶粒长大，并恶化再结晶织构，从而导致磁性能不良。采取降低加热温度、减少硫的质量分数等措施，有效地解决了50W470 无取向硅钢磁性能不良的现象。

      50W470 无取向硅钢主要应用于电机铁芯，用途广泛、市场广阔。磁性能是无取向硅钢产品品质的重要衡量指标，但50W470 无取向硅钢会出现磁性能不良的情况，导致客户生产出来的电机等产品性能不够稳定，影响了客户的使用。

      本文主要研究 50W470 无取向硅钢磁性能不良现象产生的原因，并有针对性地提出了改进措施，效果良好。

一、 磁性能不良现象

      50W470无取向硅钢在生产过程中，正常情况下，沿长度方向铁损曲线基本为一条直线，见图 1 ( a) ，铁损值( P15 /50) 为 3．1 ～ 3．4 W/kg，相对应的磁感( B50) 大于 1．67 T，总体上磁性能良好。有时也会出现铁损偏高或铁损整体波动的情况。铁损偏高通常对应较低的磁感，主要有两种表现，一是钢带头、尾铁损出现严重偏高，见图 1 ( b) ，带 头 铁损 ( P15 /50) 接近 3．75 W/kg，磁感( B50) 不足 1．66 T； 二是整卷钢带铁损出现明显的波动，见图 1( c) ，波 动最高点经常大于 3．4 W/kg。这些磁性能不良的产品应降级或判废，造成了较大的经济损失。

      在50W470 无取向硅钢铁损正常处和铁损偏高处分别取样，做金相组织和织构检测并进行分析。金相组织检测结果见图 2( a) ，( b) 。图 2( a) 为铁损正常的金相组织，晶粒尺寸约为 70 μm，晶粒尺寸比较均匀。图 2( b) 为铁损偏高的金相组织，晶粒尺寸约为 50 μm，晶粒尺寸差别较大。对于再结晶晶粒，晶界处的点阵是畸变的，晶体缺陷多，内应力大。平均晶粒尺寸增大，晶界所占面积减小，磁滞损耗降低； 因此，但晶粒尺寸增大，磁畴尺寸增大，涡流损耗增高。为了降低铁损，晶粒应有一个合适的临界尺寸。对于相同牌号的无取向硅钢来说，晶粒尺寸减小不利于降低铁损。

      对 50W470 牌号无取向硅钢铁损正常样品和铁损偏高样品电机做织构分析，结果见图 3( a)，( b) 。二者再结晶织构均由{100}( ＜001＞ / /ND) ，{111} ＜112＞以及 Goss( {110}＜001＞ ) 等组成。相对于铁损偏高的样品，正常铁损样品拥有更强的{100}和较弱的{111}＜112＞组分，Goss 织构强度基本相等。在无取向硅钢中，{100} ( ＜001＞ / /ND) 面织 构高铁损 P15 /50 降低，因为在{100} 晶面上有两个易磁化 ＜100＞ 方向；其次是 η ( ＜100＞ / /ＲD) 织构，在此方向上有一个 ＜100＞ 方向。{111} ( ＜111＞ / /ND) 面织构 P15 /50较高，在此晶面上没有易磁化的 ＜100＞ 方向，{111} ＜112＞ 是主要的{111} 织构之一。

      铁损偏高样品的再结晶晶粒尺寸比铁损正常样品的晶粒尺寸小，且均匀性较差，其不利的{111} ＜112＞ 织构更强，有利的{100} 织构较弱。

      通过对 50W470 无取向硅钢的化学成分和生产 工艺进行分析，发现铁损偏高和波动的样品对应的加热炉二加段、均热段加热温度偏高，尤其是加热炉两侧温度偏高； 另外铁损波动曲线的周期也与水梁数量吻合，因此可以判断导致铁损波动的主要原因是加热温度过高。

      电机板坯加热温度降低，磁性能得到明显改善，不但磁感应强度得到了提高，而且铁损也有所降低；反之，加热温度增高，磁性能恶化。

      电机硅钢冶炼过程中存在的 S，N 等杂质元素，它们与合金元素 Mn，Al 分别化合生成 MnS和 AlN。板坯加热时，MnS 和 AlN 逐渐固溶，在随后的热轧过程中，由于钢带温度降低，其固溶度下降，MnS 和 AlN 弥散析出。板坯加热温度越高，其固溶量越多，沉淀析出物数量也越多，越细小；板坯加热温度越低，不但沉淀析出物数量越少，而且析出物的尺寸较粗大。 在对大角晶界迁移的阻碍方面，细小的沉淀析出物要比粗大的阻碍力大。因此，在成品退火时要 阻碍晶粒长大，使成品晶粒细小，从而使铁损中的磁滞损耗增加。另外，较高的板坯加热温度也使得再 结晶织构中对磁性能不利的{ 111} ＜112＞组分增多，从而使成品铁损增加，同时磁感强度降低。综上所述，在轧机轧制能力允许的条件下，加热温度越低越好，以防止 MnS 和 AlN 过多析出。

二、 措施及效果

      1) 提高板坯进加热炉温度，促进板坯温度均匀，减小铁损波动；
      2) 降低炉气温度，加热温度严格控制在1150 ℃以下，加热时间控制在 200 min 以内，抑制热轧过程中 MnS 和 AlN 的析出；
      3) 换辊或故障期间，硅钢板坯在加热炉内等待时应停在中位，减轻水梁印温度波动。
      通过采取以上措施，基本上杜绝了50W470无取向硅钢磁性能不良的现象，此措施也适用于其他不经常化工艺的无取向硅钢。

三、 结论

      电机使用50W470无取向硅钢磁性能不良主要是由于板坯加热温度过高造成的。板坯加热温度过高造成产品再结晶晶粒尺寸偏小，同时增强对磁性能不利的{111} ＜112＞ 织构，减弱有利的{100} 织构，从而恶化了磁性能。通过优化加热工艺等措施，有效地解决了50W470无取向硅钢磁性能不良现象。

      
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