6.5%Si硅鋼的制備技術(shù)和發(fā)展前景

李長(zhǎng)生 王浩 蔡般 朱濤

(東北大學(xué))

0 前言

硅鋼主要用于制造變壓器、發(fā)動(dòng)機(jī)及其他電器儀表，是電力電訊和軍事工業(yè)不可或缺的重要磁性材料。冷軋取向硅鋼主要用于變壓器制造，其硅含量一般在3.0%以上，而冷軋無(wú)取向硅鋼片主要用于發(fā)電機(jī)制造，其含硅量一般控制在 0.5% ～3.0%。硅含量對(duì)硅鋼的特性影響很大，隨著硅含量的增加，硅鋼的磁滯伸縮系數(shù)減小，鐵損降低，磁導(dǎo)率增加，當(dāng)硅含量達(dá)到6.5%時(shí)，硅鋼的磁導(dǎo)率達(dá)到最大值，磁致伸縮趨近于零，具有優(yōu)異的磁學(xué)性能，是實(shí)現(xiàn)電磁設(shè)備高效、節(jié)能、輕便化的理想材料［1］。

6.5%Si硅鋼雖具有優(yōu)異的磁學(xué)性能和廣泛的應(yīng)用前景，例如高頻電機(jī)、音頻和高頻變壓器以及磁屏蔽，這些應(yīng)用領(lǐng)域中利用6.5%Si硅鋼可以有效降低鐵損，提高工作效率，降低能源損耗。但6.5%Si高硅鋼的質(zhì)地脆，加工性能較差，難以用常規(guī)軋制方法制備，因而制約了其生產(chǎn)和應(yīng)用。世界范圍內(nèi)除日本NKK公司外尚無(wú)大規(guī)模生產(chǎn)6.5%Si硅鋼的企業(yè)，但對(duì)于6.5%Si硅鋼的需求量與日俱增，現(xiàn)生產(chǎn)能力遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)需求。因此，針對(duì)6.5%Si硅鋼的研究工作也主要圍繞其特性和制備技術(shù)展開(kāi)，筆者從6.5%Si硅鋼的物理、機(jī)械及磁學(xué)特性出發(fā)，討論了各種制備工藝的關(guān)鍵技術(shù)及特點(diǎn)，并指出了其發(fā)展前景，為6.5%Si硅鋼的制備和相關(guān)工藝提供參考。

1 6.5%Si硅鋼的特性

1.1 物理和機(jī)械性能

厚度為0.50 mm的6.5%Si硅鋼與普通硅鋼的物理和機(jī)械性能比較見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，6.5%Si硅鋼的硬度分別約為普通取向和無(wú)取向硅鋼的2.2倍和2倍，而延伸率僅分別為兩者的3/11和1/3，這說(shuō)明6.5%Si硅鋼具有既硬又脆的特點(diǎn)。同時(shí)，6.5%Si硅鋼的抗拉強(qiáng)度分別約為取向和無(wú)取向硅鋼的1.9倍和1.4倍，屈服強(qiáng)度分別約為兩者的1.8倍和1.5倍，說(shuō)明強(qiáng)度均高于普通硅鋼［1-2］。

6.5 %Si硅鋼板的拉伸斷裂狀況與普通硅鋼不同。6.5%Si硅鋼為典型的晶間斷裂，不僅在斷裂近旁發(fā)生塑性滑移，且在板厚方向發(fā)生局部收縮，對(duì)加工性能產(chǎn)生了重大影響。而普通硅鋼的斷裂則呈穿晶和沿晶斷裂混合狀態(tài)，從多個(gè)微裂紋的復(fù)合直至引起整體斷裂，呈現(xiàn)為脆性斷裂。所以將硅鋼板作為高強(qiáng)度材料使用時(shí)，必須充分考慮這一點(diǎn)［2］。

表1 6.5%Si硅鋼與普通硅鋼的物理和機(jī)械特性

1.2 磁學(xué)特性

厚度為0.35 mm的6.5%Si硅鋼與普通硅鋼的磁性比較見(jiàn)表2。

由表2可以看出，6.5%Si硅鋼的鐵損約為普通取向和無(wú)取向硅鋼的1/2，磁滯伸縮系數(shù)約為取向硅鋼的1/6，無(wú)取向硅鋼的1/25。由此可見(jiàn)，6.5%Si硅鋼材料能在較高頻率內(nèi)實(shí)現(xiàn)低鐵損和無(wú)噪音化［1］。

表2 6.5%Si硅鋼與普通硅鋼的磁性比較

2 6.5%Si硅鋼的制備工藝

硅鋼的制備主要尋求兩種途徑：一是針對(duì)硬度進(jìn)行合金的韌化，二是采用新工藝避開(kāi)合金的脆性。迄今為止，硅鋼主要的制備工藝有傳統(tǒng)軋制工藝、溫軋工藝、薄帶連鑄工藝、快速凝固工藝、CVD工藝、粉末軋制工藝等幾種。

2.1 傳統(tǒng)軋制工藝

對(duì)硅鋼薄板的力學(xué)和磁學(xué)性能研究表明：在6.5%Si硅鋼中，含有DO3和B2有序相，隨著有序相的出現(xiàn)，硅鋼變得既脆又硬，通過(guò)常規(guī)的冷軋法難以加工成薄板［3］。自1966年Ishizaka等利用熱軋-冷軋法首次制備出0.3 mm厚的6.5%Si硅鋼薄板以來(lái)［4］，科技工作者一直致力于簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、操作性強(qiáng)的硅鋼板制備工藝，并取得了一些成果：1988年，日本鋼管公司(NKK)成功開(kāi)發(fā)出利用軋制技術(shù)對(duì)6.5%Si無(wú)取向硅鋼片生產(chǎn)。這些成卷的帶材厚度為0.1 mm ～0.5 mm，寬度為400 mm 左右，這種硅鋼片的電阻率比3%Si硅鋼高1倍，磁滯伸縮系數(shù)幾乎為零，磁晶各向異性常數(shù)降低約40%，被廣泛的用于高速高頻電機(jī)、低噪音音頻和高頻變壓器及變換器等［5］。NKK還發(fā)明了一項(xiàng)采用包套軋制法制造硅鋼板的技術(shù)，該方法將鋼板作為材芯，周圍由特殊材料包覆并加以焊封，然后進(jìn)行熱軋。這種包套軋制技術(shù)需要特殊的軋前及軋后處理，且軋材質(zhì)量較難控制，成材率低且成本高［6］。梁永鋒等人利用熱軋及大變形冷軋相結(jié)合的處理手段，制備出0.05 mm的薄板，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)熱處理可以使薄板的強(qiáng)度降低，塑性提高。這種變化在材料發(fā)生再結(jié)晶后尤為明顯，并指出有序相DO3和B2的轉(zhuǎn)變和〈001〉面織構(gòu)的消失是轉(zhuǎn)變的原因［7］。

2.2 溫軋工藝

雖然現(xiàn)有的溫軋工藝方法可視作解決難加工金屬材料軋制成形的有效手段，但采用現(xiàn)有的溫軋工藝方法時(shí)，也存在一定的問(wèn)題，其中有代表性的溫軋工藝有兩種：一種工藝是采用通電加熱軋件的方式提高軋制過(guò)程中軋件的溫度，該工藝方法的加熱效率高，對(duì)軋件的軟化效果好。另一種工藝是采用包套軋制，在軋制前進(jìn)行焊接或連接處理利用軋件傳熱提高軋件表面溫度。可逆式包套溫軋如圖1所示。

圖1 可逆式包套溫軋示意圖

由圖1可以看出，先在將帶鋼置于有加熱設(shè)備的保溫箱內(nèi)，保溫罩可以對(duì)軋制前的帶材進(jìn)行加熱保溫以便進(jìn)行溫軋［8］。思路是先用與硅鋼等厚度的領(lǐng)軋板在保溫罩和加熱裝置的保護(hù)下對(duì)硅鋼進(jìn)行溫軋，使軋輥溫度升高，待軋輥達(dá)到合適溫軋溫度時(shí)再進(jìn)行硅鋼的溫軋，領(lǐng)軋板和硅鋼板間的過(guò)渡由連接釘和保護(hù)板進(jìn)行連接。這兩種方法雖可實(shí)現(xiàn)硅鋼在合適溫度下的軋制，但由于加熱軋件而造成軋件表面氧化和軋件尺寸較小，軋件加熱和散熱速度快，導(dǎo)致軋制過(guò)程軋件溫度均勻性難以控制，由此帶來(lái)軋件尺寸精度、組織和性能等無(wú)法保證均勻穩(wěn)定等問(wèn)題目前還無(wú)法解決。

2.3 薄帶連鑄工藝

薄板坯連鑄工藝具有流程短、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化、節(jié)能、減少投資費(fèi)用、生產(chǎn)成本低和成材率高等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。薄板坯連鑄連軋工藝生產(chǎn)的鋼液純凈度高、鑄坯冷卻速度快，生成的非金屬夾雜物的尺寸細(xì)小，薄板坯連鑄過(guò)程中冷卻強(qiáng)度大，以及帶液芯壓下，減少粗大的一次枝晶并使二次枝晶破碎，從而得到形狀較規(guī)則、晶粒細(xì)小的鑄態(tài)組織，極大地減少了元素偏析，并更有利于得到較多的等軸晶粒。東北大學(xué)劉海濤等通過(guò)開(kāi)發(fā)軋制工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)6.5%Si硅鋼薄帶軋制，利用雙輥連鑄的方法成功制備出0.35 mm、0.50 mm厚的6.5%Si硅鋼薄板，磁感應(yīng)強(qiáng)度B8高于國(guó)際同類產(chǎn)品0.05 T以上［9］。利用薄板坯連鑄連軋工藝具有生產(chǎn)板坯加熱溫度低，工序簡(jiǎn)化，節(jié)省能源和生產(chǎn)成本等優(yōu)勢(shì)，但用薄板坯生產(chǎn)工藝生產(chǎn)硅鋼現(xiàn)處于起步階段和工業(yè)試生產(chǎn)階段，研發(fā)主要集中在通過(guò)控制薄板坯生產(chǎn)工藝參數(shù)，最終降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)率、獲得高性能的硅鋼產(chǎn)品。

2.4 快速凝固工藝

近年來(lái)，快速凝固技術(shù)在金屬材料加工制備中獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。利用快速凝固技術(shù)對(duì)硅鋼薄帶的制備已取得了一些成果。

1)急冷制帶法。1978 年，N.Tsuya和 K.I.Arai利用急冷工藝生產(chǎn)出0.03 mm～0.1 mm 的6.5%Si硅鋼薄帶，極其細(xì)小的晶粒組織引起了人們的極大關(guān)注［10］。周成等提出了一種雙帶法快速凝固工藝技術(shù)，該工藝的主要特點(diǎn)就是能實(shí)現(xiàn)金屬帶材的雙面冷卻以及凝固區(qū)的形狀和尺寸可以調(diào)節(jié)，厚度調(diào)節(jié)能力靈活［11］。但這些研究?jī)H僅限于應(yīng)用基礎(chǔ)研究，要進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)還很困難，其原因就在于這種工藝生產(chǎn)出來(lái)的薄帶厚度和寬度有限，而且形狀也不盡如人意。

2)噴射成形法。噴射成形工藝是將經(jīng)氣體霧化的液態(tài)金屬熔滴沉積到一定形狀的接收器上，直接制成一定形狀的產(chǎn)品。由于該技術(shù)是具有通用性和產(chǎn)品多樣性的柔性制造系統(tǒng)，厚度不受限制，形狀也容易控制，所以理論上用該工藝來(lái)制備6.5%Si硅鋼也是可行的［12］。

2.5 CVD 工藝

化學(xué)沉積(CVD)工藝是利用硅鋼片的表面和硅化物之間的高溫化學(xué)反應(yīng)使Si在硅鋼片上富集，這是迄今為止制備Fe3Si基合金較為突出和成功的工藝。1988年日本鋼管公司(NKK)首次開(kāi)發(fā)并利用該工藝，生產(chǎn)出厚 0.1 mm ～0.5 mm、寬400 mm的含6.5%Si無(wú)取向硅鋼片，并于1993年7月正式建成月產(chǎn)100 t的 CVD連續(xù)滲硅生產(chǎn)線，生產(chǎn)0.1 mm ～0.3 mm 厚、600 mm 寬的 6.5%Si硅鋼片［13］。由于半導(dǎo)體的迅速發(fā)展，推動(dòng)電器設(shè)備在更高頻率下工作，并要求更低的鐵損。NKK公司在1995年又開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了0.05 mm×600 mm的產(chǎn)品，通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)條件，明顯改善了產(chǎn)品的加工性能，這種硅鋼板主要用于電力機(jī)械和磁性器件［14］。

以NKK公司制備6.5%Si硅鋼的CVD工藝為例進(jìn)行說(shuō)明，基本原理如圖2所示。

圖2 CVD工藝生產(chǎn)線示意圖

以3%Si冷軋硅鋼板為原料，在無(wú)氧化性保護(hù)氣條件下加熱至1050℃ ～1200℃，將鋼板在CVD爐內(nèi)進(jìn)行滲硅處理，在爐內(nèi)通過(guò)噴嘴向硅鋼板上下表面噴射SiCl4的H2+N2混合氣體，其滲硅反應(yīng)式為：SiCl4+5Fe→Fe3Si+2FeCl2(如圖3所示)，反應(yīng)生成Fe3Si沉積在原硅鋼表面，再熱解成活性Si原子，然后在氣體保護(hù)下進(jìn)行平整以消除沉積后的不平度，再在惰性氣體保護(hù)下高溫時(shí)效，使表面富硅層的Si原子向硅鋼板內(nèi)部擴(kuò)散，使鋼達(dá)到較高的硅含量，最后在冷卻爐中冷卻完成滲硅處理［14］。在早期的滲硅方法中，鋼板邊部的Si含量比中間的Si含量高或持平，常常導(dǎo)致邊部出現(xiàn)裂紋，成材率較低。新開(kāi)發(fā)的連續(xù)滲硅生產(chǎn)線中生產(chǎn)硅鋼板時(shí)，鋼板邊部的Si含量比中間的Si含量低，可有效地防止邊裂現(xiàn)象的發(fā)生［15-16］。

圖3 CVD工藝滲硅示意圖

CVD工藝是屬于NKK公司的專利技術(shù)，NKK公司也是世界上唯一一家可制備工業(yè)化硅鋼板材的企業(yè)，雖然已成功運(yùn)用此技術(shù)實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，但其規(guī)模和產(chǎn)量都無(wú)法滿足國(guó)際市場(chǎng)的需求。CVD工藝具有制備時(shí)間短、可連續(xù)工作、生產(chǎn)出的帶鋼表面質(zhì)量及機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)該工藝也存在過(guò)程復(fù)雜、能耗大、成本高、設(shè)備壽命短、作業(yè)環(huán)境惡劣和設(shè)備密封度要求高等缺點(diǎn)，不能滿足經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保的要求。

2.6 粉末軋制工藝

粉末軋制工藝具有低成本和近終形成形的特點(diǎn)，利用粉末法制備6.5%Si硅鋼，可以充分利用鐵粉優(yōu)良的塑性變形能力，有效地在加工過(guò)程中避免6.5%Si硅鋼的本征脆性。粉末軋制工藝的關(guān)鍵就在于由脆性的硅粉和延性的鐵粉制備得到具有良好塑性的符合粉末，將復(fù)合粉末進(jìn)行連續(xù)軋制成形得到粉末帶材，再對(duì)其進(jìn)行分段燒結(jié)，通過(guò)合金化程度的控制在致密成材之前完成硅鋼板的成形加工［17］。

R.Li等人用粉末冶金工藝制備6.5%Si硅鋼，并指出Fe3Si和Fe混合相使帶材具有良好的機(jī)械性能，使得進(jìn)一步的軋制成為可能，軋制出的鋼帶在1 kHz～10 kHz的高頻下具有優(yōu)良的磁學(xué)性能，對(duì)于硅鋼帶的工業(yè)化生產(chǎn)具有潛在的價(jià)值［18］。員文杰等人用粉末冶金法制備Fe-6.5%Si硅鋼片，得出的固溶體致密度達(dá)98%，硅鋼片在高頻下具有較低的鐵損［19］。粉末軋制法具有無(wú)熔煉過(guò)程、能耗成本低、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，但對(duì)雜質(zhì)元素控制難度大、表面質(zhì)量不佳且生產(chǎn)能力有限，大規(guī)模生產(chǎn)難以實(shí)現(xiàn)。

2.7 PCVD 工藝

等離子體化學(xué)氣相沉積法(Plasma Chemical Vapor Deposition，PCVD 法)，將 SiCl4氣體通入PCVD爐，SiCl4氣體在直流電場(chǎng)作用下發(fā)生電解和分離，得到的Si離子在試樣表層與Fe原子反應(yīng)，進(jìn)而制備得到6.5%Si硅鋼板。PCVD法滲硅時(shí)間短、溫度低、工藝重現(xiàn)性好，但PCVD工藝在等離子體中，電子的能量分布范圍很廣，在粒子碰撞或放電時(shí)產(chǎn)生的射線作用下可產(chǎn)生新粒子，因此反應(yīng)物控制難度較大［20］。

2.8 熔鹽電沉積法

熔鹽電沉積法常用于沉積在水溶液中難電沉積的金屬或合金。在一定條件下，以普通硅鋼板為陰極，石墨等導(dǎo)體為陽(yáng)極，在直流電的作用下，使熔鹽中的Si不斷在陰極沉積，并在濃度梯度的作用下向基體內(nèi)部擴(kuò)散，最終制備出6.5%Si硅鋼。熔鹽電沉積法具有操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)品純度高、滲硅層與基體結(jié)合力好等優(yōu)點(diǎn)，但一般熔鹽的腐蝕性大，電解產(chǎn)生氣體反應(yīng)強(qiáng)烈，設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題較多，該工藝仍處于實(shí)驗(yàn)室階段［21］。

除上述制備工藝外，還有熱浸滲擴(kuò)散退火工藝、激光熔覆工藝等，都處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

上述制備工藝中，除CVD工藝已實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)外，其余各工藝由于尺寸、成形等方面的限制尚不具備規(guī)?；a(chǎn)的條件。但CVD工藝又存在諸多缺點(diǎn)，不能滿足經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保的要求。因此，對(duì)現(xiàn)有CVD等制備工藝進(jìn)行改進(jìn)，并繼續(xù)開(kāi)發(fā)探索連鑄工藝及溫軋等新工藝是硅鋼制備工藝的發(fā)展方向。

3 硅鋼的應(yīng)用

3.1 高效電機(jī)及汽車馬達(dá)

JFE利用硅鋼開(kāi)發(fā)的超級(jí)鐵芯廣泛應(yīng)用于一些著名品牌的汽車、電機(jī)電器等的精密馬達(dá)中。特別是混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求鋼板具有較高的磁通密度，同時(shí)在高頻下鋼板需要具有較低鐵損，JFE用6.5%Si硅鋼板有效地降低了鐵芯尺寸，提高了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。以6.5%硅鋼為材質(zhì)的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與傳統(tǒng)的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向相比，還具有較低的磁滯損耗，可有效降低電機(jī)的摩擦轉(zhuǎn)矩，提高電機(jī)工作效率。硅鋼磁滯系數(shù)幾乎為零，使得電機(jī)在高頻工作條件下噪聲大幅度降低。而JNE-Core型號(hào)的6.5%Si硅鋼在大于10kHz時(shí)的高頻下仍具有較低鐵損，是高頻發(fā)動(dòng)機(jī)和高速馬達(dá)的理想制造材料［22］。

3.2 變壓器鐵芯

高頻及逆變變壓器的鐵芯要求鐵損小、導(dǎo)磁率高、磁致伸縮小，最佳的選擇是6.5%Si硅鋼，并應(yīng)盡量減薄鋼板厚度。Fe-6.5%Si硅鋼具有優(yōu)異的軟磁性能，它有希望替代普通硅鋼片用于高頻電機(jī)鐵芯，在逆變器電源用變壓器中可降至20 dB～30 dB的低噪聲，因此用6.5%Si的硅鋼片制作的變壓器鐵芯可以實(shí)現(xiàn)小型化［23］。節(jié)能化、高效化、小型輕便化及清凈噪音化已成為變壓器領(lǐng)域中的發(fā)展趨勢(shì)，而主要實(shí)現(xiàn)手段就是在磁電能量轉(zhuǎn)換中采取高頻化，但提高使用頻率會(huì)帶來(lái)鐵損以指數(shù)式的增長(zhǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致能量的巨大損失。同時(shí)，頻率的提高會(huì)導(dǎo)致磁滯伸縮增加、噪音急劇增大從而使環(huán)境受到嚴(yán)重的噪音污染。6.5%Si硅鋼的高頻鐵損很低、磁致伸縮很小、噪音小，是變壓器鐵芯的理想制造材料，如果工業(yè)化生產(chǎn)并大量應(yīng)用，將會(huì)在減少能量損失，降低噪音污染等方面發(fā)揮巨大作用。

3.3 磁屏蔽

隨著醫(yī)療用核磁共振設(shè)備、磁懸浮列車和一些精密儀器的發(fā)展，為防止產(chǎn)生的磁噪音及強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)人體的影響，磁屏蔽材料的用量日益增多。以前通用強(qiáng)磁場(chǎng)的磁屏蔽材料為電工純鐵熱軋厚板，弱磁場(chǎng)的磁屏蔽材料為Ni-Fe合金，但兩者在板厚、磁性要求、生產(chǎn)成本等方面都存在缺陷，而硅鋼由于其優(yōu)異的磁學(xué)性能有望在磁屏蔽領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

此外，6.5%Si硅鋼還可以廣泛應(yīng)用于空調(diào)、冰箱變流系統(tǒng)、太陽(yáng)能系統(tǒng)、有軌電車能量系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域的鐵磁轉(zhuǎn)換元件上，特別是低鐵損和磁滯伸縮能夠在設(shè)備小型化和低噪音方面發(fā)揮重要作用。

4 6.5%Si硅鋼的發(fā)展前景

4.1 成分優(yōu)化及組織性能

6.5%Si硅鋼作為重要的軟磁材料一直是研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，但脆性嚴(yán)重制約其發(fā)展及應(yīng)用。因此，解決硅鋼的脆性問(wèn)題是研究和開(kāi)發(fā)的最主要目標(biāo)。為了克服高硅電工鋼脆性大的不利因素，近年來(lái)通過(guò)添加Ni、Mn、Al等合金元素來(lái)改善其加工性能的研究，已取得了一定的效果，但仍需進(jìn)一步優(yōu)化成分設(shè)計(jì)改善硅鋼的加工性能。如果對(duì)6.5%Si硅鋼脆性機(jī)理的認(rèn)識(shí)有所突破，進(jìn)而改進(jìn)制備工藝，以提高其加工性能，降低生產(chǎn)成本，滿足我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，那么其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)被大大拓寬，并且在節(jié)能減排等方面將會(huì)產(chǎn)生不可估量的作用。

J.L.Liu等通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)工藝軋制成形的帶材織構(gòu)的研究表明由于應(yīng)力引起的晶界遷移產(chǎn)生大量的{001} ＜210＞織構(gòu)的存在，可使6.5%Si硅鋼的磁通密度高達(dá) 1.44 T［24］。H.D.Fu 等通過(guò)熱模擬試驗(yàn)對(duì)6.5%Si硅鋼在400℃進(jìn)行單道次和多道次壓縮實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果表明在大變形量的壓縮過(guò)后合金的加工硬化率急劇下降，在再結(jié)晶溫度下硅鋼的維氏硬度明顯上升而后緩慢下降，表明在大變形后發(fā)生了應(yīng)力軟化現(xiàn)象，而透射電鏡觀察分析表明有序度的下降與應(yīng)力軟化行為相關(guān)［25］。Y.F.Liang等人對(duì)退火溫度對(duì)6.5%Si硅鋼的磁性能的影響進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明冷軋板在10 kHz以下頻率下1200℃退火、10kHz以上頻率1100℃退火能獲得最佳磁性能。K.Chwastek等人利用修正后的J-A therton模型對(duì)6.5%Si硅鋼的磁學(xué)性能進(jìn)行了模擬研究，模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果符合度較高，利用相關(guān)模型對(duì)硅鋼的性能進(jìn)行模擬值得進(jìn)一步深入的研究［26］。盡管鐵損降低，但由于磁滯引起的噪音仍然是工業(yè)化社會(huì)的一個(gè)重要環(huán)境問(wèn)題，特別是主要應(yīng)用于變壓器和電機(jī)的6.5%Si硅鋼，如何提高其磁學(xué)性能，并降低其磁噪也是開(kāi)發(fā)6.5%Si硅鋼的重要研究方向之一［27］。

4.2 制備工藝

雖然6.5%Si硅鋼的脆性問(wèn)題依然存在，但6.5%Si硅鋼的制備工藝還是得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，制備工藝的發(fā)展和成熟以及能否經(jīng)濟(jì)有效地生產(chǎn)，是6.5%Si硅鋼走向商業(yè)化廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵，也一直是研究工作的重點(diǎn)。硅鋼制備也從探索性的傳統(tǒng)軋制已經(jīng)向CVD粉末軋制等工藝發(fā)展，隨著硅鋼品質(zhì)要求的提升、技術(shù)問(wèn)題的解決和工藝技術(shù)的不斷完善，硅鋼的制備工藝也將繼續(xù)向薄板連鑄、溫軋等多工藝結(jié)合的方向發(fā)展。

針對(duì)難加工金屬材料的變形抗力大和塑性差問(wèn)題，東北大學(xué)近期提出了一種熱輥溫軋工藝方法［28］，得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào)51174057)的資助，該項(xiàng)目提出的熱輥溫軋工藝具有熱輥、依靠熱輥與軋件傳熱加熱軋件、軋制過(guò)程軋件溫升軋制等與普通溫軋工藝不同的軋制工藝特色。具體方法是采用感應(yīng)加熱方法加熱軋機(jī)軋輥，軋制過(guò)程軋件依靠與軋輥接觸傳熱和變形得到溫升的一種軋制工藝;與普通溫軋工藝方法相比，該方法利于保證軋件溫度均勻，對(duì)晶粒動(dòng)態(tài)回復(fù)、組織軟化和提高塑性有利，在軋制變形區(qū)內(nèi)表面受到保護(hù)，表面質(zhì)量較好。通過(guò)熱輥溫軋硅鋼的工藝實(shí)驗(yàn)，建立硅鋼的熱輥溫軋工藝?yán)碚摶A(chǔ);探討熱輥溫軋過(guò)程硅鋼的組織演變、位錯(cuò)和裂紋缺陷演變、晶界滑移、孿晶形核等組織軟化與塑性轉(zhuǎn)變機(jī)理等科學(xué)問(wèn)題。

5 結(jié)束語(yǔ)

電工鋼屬于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)急需和短缺的產(chǎn)品，而6.5%Si硅鋼由于具有低鐵損、低噪音等特點(diǎn)可使電子電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)小型化和高速化，其應(yīng)用前景更具吸引力。在能源日趨緊張的今天，特別在高頻信息領(lǐng)域，低鐵損、低噪音的6.5%Si硅鋼被重新考慮為普通硅鋼片的替代材料，其應(yīng)用領(lǐng)域必將繼續(xù)擴(kuò)大。利用CVD、薄板連鑄、熱輥溫軋等新工藝正整逐漸將這一目標(biāo)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，一旦摸索出簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、成熟、有效的制備工藝，就將會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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