无取向电工钢

   无取向电工钢是含碳很低的硅铁软磁合金，是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要材料。据统计，2000年全世界电工钢的总产量为671.4万吨，到2005年已经超过了800万吨。目前国内市场的消费量已远超过300万吨。其中，无取向硅钢是在旋转磁场中工作的电动机和发电机转子的铁芯材料，要求良好的磁性能和工艺性能。近年来，随着电机高速化和小型化的发展，对无取向硅钢的性能要求提出了更高的要求，如在高频下具有低铁损和高磁感强度等。

  由于电工钢制造工艺和设备复杂，成分控制严格，因此，企业都视电工钢的制造技术为生命，以专利形式加以保护。电工钢的制造技术和产品质量已经成为衡量一个国家钢铁科技发展水平的重要标志之一。

  一般而言，电机用电量约占总发电量的65%一70%，若能降低电机的损耗10%，以2006年统计数据计，则全国范围的电机可节电200亿kW·h/a以上，相当于年节约标准煤770万吨、减排二氧化硫12万吨以上、减排二氧化氮7万吨以上、减排二氧化碳2千万吨以上。因此，提高无取向电工钢的性能，对于节能和减排具有重要意义。

  提高无取向电工钢的性能的主要技术关键就是进一步实现钢质成分的严格控制，因为微量元素对无取向硅钢磁性能的影响极大。

  对其磁性能不利的有害元素主要有:(1)碳:会恶化铁损，产生时效，形成细微碳化物。(2)氮硫氧:会生成MnS等硫化物、AlN和TiN等氮化物以及各种氧化物等细微粒子析出，阻止畴壁移动。(3)钛:生成TiC、TiN细微粒子析出，提高再结晶温度，延缓再结晶及晶粒长大，促使不利取向[111]发展。(4)钒锆铌:生成VC、VN、ZrC、ZrN、NbC、NbN细微粒子析出，阻碍再结晶和晶粒长大。(5)砷:促进MnS等硫化物的析出。(6)铜:生成CuS粒子，阻碍磁畴壁移动及晶粒长大。(7)钼:生成相关的氧化物、硫化物、氮化物粒子，影响性能。

  根据最近的研究，电工钢钢质的洁净要求为:

  常规有害杂质:C≤20×10-6，S≤20×10-6，N≤20×10-6，O≤15×10-6;

  磁性有害元素:Ti≤15×10-6,V≤30×10-6,Zr≤30×10-6,Nb≤30×10-6,As≤30×10-6,Cu≤5×10-4。

  对无取向硅钢磁性能有有利作用或双重影响的元素有:(1)铝:铝的作用与硅相似，铝可以增加电阻、缩小奥氏体相区、促进晶粒长大，因而有一定的有利作用。但是铝的作用要受硅钢中氮含量的影响，铝跟氮易形成AlN析出相，使硅钢片的磁性能下降。当析出的AlN颗粒尺寸小于0.5μm时，它们钉扎晶界，阻碍晶粒长大，因而增加铁损。但当析出的AlN颗粒尺寸大于1μm时，它们对晶界的钉扎作用很轻，因此对样品磁性能影响很小。(2)磷:磷可以改善铁硅合金的磁性能。磷在晶界处能形成磷化铁，可以改善硅钢的冲片性。磷在晶界处的偏聚能阻碍不利的取向的再结晶晶粒的形核及长大，提高磁感应强度。同时，磷会增加硅钢的电阻而降低铁损。(3)锰:锰能够增加硅钢的电阻，降低铁损。但锰的作用与硫含量有关系。当热轧加热温度在MnS固溶温度以下时，可以使生成的MnS粗化;若超过MnS固溶温度则MnS就会固溶，并在随后的冷却过程中弥散析出，进而降低磁性能。(4)锡:一定限制下的微量锡会促进有利织构的生成，提高磁感、降低铁损。